丙烯酸酯乳液胶粘剂的耐水性研究

丙烯酸酯乳液胶粘剂的耐水性研究

鲁德平,  杨世芳,  管 蓉,  李建宗
(湖北大学化学与材料科学学院,湖北省武汉市430062)

 丙烯酸酯乳液胶粘剂具有原料来源广、易合成,基本上无毒、不污染环境的特点,广泛应用于纺织、建筑、汽车和包装材料等行业。在制备丙烯酸酯乳液胶粘剂时由于分散、乳化的需求要加入乳化剂,通常使用的是小分子乳化剂。小分子乳化剂的导入将产生胶粘剂粘接的弱边界层,不仅削弱了丙烯酸酯乳液胶粘剂的粘接性能,而且也影响着胶粘剂的耐水性能,通常的丙烯酸酯乳液胶粘剂的耐水性差正是由于小分子乳化剂的影响与作用结果。加入既可稳定乳液聚合物又与主体聚合物相容的高分子乳化剂可以避免小分子乳化剂的作用效果[1 ] ,对于高分子乳化剂应用于乳液聚合物的研究,已有一些报道[1 – 4 ] ,本研究将高分子乳化剂应用于丙烯酸酯共聚乳液胶粘剂的合成,以期避免和减少乳化剂在丙烯酸酯乳胶膜中的解吸和迁移,从而达到提高丙烯酸酯乳液胶粘剂耐水性能的目的。

1  实验部分
1. 1  原料
丙烯酸丁酯(BA) 、甲基丙烯酸甲酯(MMA) 、丙烯酸(AA) 、过硫酸盐均为分析纯,BA、MMA 经减压蒸馏去阻聚剂,过硫酸盐重结晶处理;小分子乳化剂为十二烷基硫酸钠(SDS) 和OS – 15 ,高分子乳化剂为丙烯酰胺系列水溶性高分子表面活性剂(PAM9) ,制备方法见文献[5 ] ;分子量调节剂、缓冲剂;去离子水。
1. 2  试样制备
丙烯酸酯乳液胶粘剂试验配比见表1 ,原料按试验配比称量后加入到三颈瓶中,50 ℃搅拌0. 5h ,75 ℃搅拌反应1. 5h ,80~82 ℃搅拌反应1. 5h ,然后停止加热,冷却至室温出料;将所合成的乳液在聚乙烯模板框中成膜,然后在烘箱中升温烘2h。

1. 3  性能测试
1. 3. 1  静态接触角
乳胶膜与水的静态接触角用日本Ermag 公司制造的Ermag – Ⅰ型接触角测定仪测定,水为二次蒸馏水。
1. 3. 2  乳胶膜吸水率
称取一定量的乳胶膜浸泡于水中,每隔一段时间取出用滤纸快速揩去表面水后立即称量,连续测定一段时间,直到样品趋于溶胀平衡。
吸水率( P)的计算公式为: P = [ (W2 – W1) / W1 ] ×100 % ,
式中W2 和W1 分别表示吸水后的胶膜质量和干胶膜质量。
1. 3. 3  粘接强度
准备好宽25mm、适量长的木片,将乳液涂于木片上,涂布面积为12. 5 ×25mm2 ,粘接后自然干燥,用日本岛津AG- 10TA 材料试验机上分别测定干态和泡水24h 且干后的粘接强度,室温25 ℃,拉伸速度
20mm/ min。

2  结果与讨论
2. 1  高分子乳化剂对乳胶膜与水的静态接触角的影响
含不同乳化剂的丙烯酸酯共聚乳液膜与二次蒸馏水液滴的静态接触角见图1 所示。液体对固体的润湿程度通常用液- 固相之间的接触角θ值的大小来判别[6 ] 。当θ= 0°时,液体对固体完全润湿,液体在固体表面上铺展;当θ> 90°时,液体对固体不润湿。对于丙烯酸酯共聚乳液膜而言,由于功能性单体的作用及乳化剂的表面活性效应,对水液滴的接触角在0~90°之间,从图1 中可知,由于丙烯酸酯共聚乳液胶粘剂中的小分子乳化剂的解吸和向乳胶膜表面的迁移,随小分子乳化剂的含量增加,水液滴对乳胶膜的润湿程度加强;反之,随高分子乳化剂含量的增加,水液滴对乳胶膜的静态接触角向90°方向移动,这表明水液滴对乳胶膜的润湿程度减弱,且成非线性关系,这说明了高分子乳化剂对减少水对乳胶膜的润湿程度作用效果明显。

图1  乳化剂对乳胶膜与水的接触角的影响

2. 2  高分子乳化剂对乳胶膜吸水率的影响
不同的乳化剂含量对丙烯酸酯共聚乳液膜吸水率的影响见图2。成膜过程是小分子乳化剂解吸和迁移的过程,这对于乳胶膜的吸水作用有显著的影响。图2 清楚地说明了小分子乳化剂体系乳胶膜的吸水率高于含高分子乳化剂乳胶膜的吸水率。在浸泡初期乃至溶胀平衡的产生,高分子乳化剂能有效地减少丙烯酸酯共聚乳胶膜的吸水率,与之对应是耐水性提高。图中也说明了小分子乳化剂与高分子乳化剂复配体系的乳胶膜的吸水率较之纯小分子乳化剂体系的乳胶膜有一定减少,但相差不大,这也表明了小分子乳化剂对丙烯酸酯共聚乳液胶粘剂耐水性的影响显著。

2. 3  高分子乳化剂对粘接强度的影响
木片粘接试样的干态强度和泡水后强度见表2 ,实验结果表明:干态下各体系的粘接强度值虽有所不同。但差别不大;但泡水后的粘接强度值差别稍大,这个差别就在于高分子乳化剂能有效地提高
丙烯酸酯共聚乳液胶粘剂的耐水性能。

3  结 论
通过用高分子乳化剂合成丙烯酸酯共聚乳液胶粘剂,并测定水对乳胶膜的静态接触角,乳胶膜吸水率和粘接强度,结果表明:高分子乳化剂能提高丙烯酸酯共聚乳液胶粘剂的耐水性。

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