丙烯酸酯乳液胶黏剂的合成及性能研究78250

1、丙烯酸酯乳液胶粘剂的合成及其性能研究2009/4/13/10:46 作者：李欣闻，刘玉涛，邰志新，任亮，韩业        【慧聪涂料网】（长春工业大学化学工程学院，吉林长春130012）     摘要：以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯腈（AN）和丙烯酸（AA）为单体，十二烷基硫酸钠（SDS）为乳化剂，过硫酸钾（KPS）为引发剂，通过半连续乳液聚合方法合成了丙烯酸酯乳液胶粘剂。研究了软硬单体配比、不同硬单体以及功能单体AA对胶粘剂性能的影响。研究结果表明，当m

2、（BA）m（MMA）m（AN+St）=751510其中m（AN）m（St）=13、w（AA）=2份时，制备的乳液胶粘剂具有较好的剪切强度、拉伸强度和耐水性。     关键词：丙烯酸酯；乳液；耐水性；胶粘剂     中图分类号：433.436文献标识码：文章编号：（8）090001-04     0前言     近年来，由于世界性能源和资源的紧缺，以及环境保护法和安全法的颁布，溶剂型胶粘剂的使用受到限制，乳液型胶粘剂则越来越受到人们的重视

3、。与溶剂型胶粘剂相比，乳液型胶粘剂具有无溶剂释放、符合环保要求、成本低、不燃和使用安全等优点，因而倍受全球关注1-4。丙烯酸酯类乳液胶粘剂中因含有酯基、羧基和羟基等官能团，具有很强的极性，故对各种物质的粘接性能良好；另外，该乳液具有良好的耐候性、耐热性、耐油性且原料来源广泛、易合成、基本无毒和无环境污染等特点，因而在涂料、胶粘剂、密封剂和织物等领域中应用广泛5-9。本文主要以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯腈（AN）和丙烯酸（AA）为原料，十二烷基硫酸钠（SDS）为乳化剂，过硫酸钾（KPS）为引发剂，通过半连续乳液聚合方法合成了丙烯酸酯乳液胶粘剂。研究了软硬单

4、体配比、硬单体种类、功能单体AA和固化温度等因素对胶粘剂性能的影响。     1实验部分     1.1实验原料     丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸（AA）、丙烯腈（AN）、苯乙烯（St），化学纯（经减压蒸馏除去阻聚剂后使用），吉林石化公司；十二烷基硫酸钠（SDS），分析纯，西安化学试剂厂；过硫酸钾（KPS），分析纯，天津市光复精细化工研究所；氨水（25%28%），分析纯，哈尔滨市东方化工厂。 1.2丙烯酸酯类乳液的合成  

5、60;  在装有电动搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中加入一定量的蒸馏水，在N2保护下升温至65，加入一定量的SDS和部分混合单体，预乳化20min；升温至75加入引发剂KPS溶液，反应0.51h后开始滴加剩余单体；待剩余单体滴加完毕后补加少量的引发剂，继续反应3h使剩余单体反应完全；冷却，并用氨水调节pH值至7时即可。     1.3实验仪器     AGS-H5KN型万能拉力机，日本岛津。     1.4性能测试     

6、;1.4.1剪切强度测定     按照ASTMD1002-01标准进行测定。将打磨处理过的不锈钢片置于23（室内）恒温24h，然后采用单搭接的形式制备若干对不锈钢试片；不锈钢片尺寸为（40±0.5）mm×（25±0.5）mm，搭接长度为（12.5±0.5）mm。     1.4.2拉伸强度测定     按照ASTMD897-01标准进行测定。将表面处理后的试棒置于23（室内）恒温24h，然后粘接试棒若干对；圆柱形试棒直径为（25

7、7;0.1）mm。     1.4.3吸水率测定     将乳液倒入模板中室温成膜，升温至60烘烤24h，取出胶膜，备用。     将充分干燥的（1cm×1cm）胶膜（质量为W1）置于25水中，恒温48h后取出，用滤纸擦干表面水分并称重（W2），则吸水率（W2W1）/W1。     2结果与讨论     2.1软硬单体配比对胶粘剂性能的影响     

8、;丙烯酸酯乳液胶粘剂中软单体（如BA、丙烯酸异辛酯等）的玻璃化温度（Tg）较低，赋予胶粘剂初粘性；硬单体（如MMA、AN和St等）的Tg较高，赋予胶粘剂内聚力。本文选择BA（软单体）和MMA（硬单体）组成不同的配比，对所合成的乳液进行相关性能的测定，其测试结果如图1所示。图1    由图1可知，软硬单体的配比变化对胶粘剂的剪切强度和拉伸强度影响显著。软单体BA产生初粘性，但内聚强度不足，因此，当软单体含量较大时胶粘剂的剪切强度和拉伸强度并不高，并且共聚物成膜后会出现发粘、不干等现象；随着硬单体MMA用量的增加，胶粘剂的剪切强度和拉伸强度增加这是因为硬单体MMA的作

9、用是与软单体共聚后产生较好内聚强度的共聚物，既可以提高胶粘剂的内聚力，又可以明显改善胶粘剂的耐水性和粘接强度；但是，当MMA比例过大时粘接强度反而下降，并且共聚物成膜后会出现膜太硬且易断裂等现象。当m（BA）m（MMA）=5050时共聚物不成膜；当m（BA）m（MMA）=6535时，可以得到粘接性能优异的丙烯酸酯共聚物。     2.2硬单体种类与配比对胶粘剂性能的影响     在其它组分、用量及合成工艺不变的情况下，仅改变硬单体的种类，则不同硬单体对胶粘剂性能的影响如表1所示，其中m（BA）m（硬单体）=7525

10、。表1  由表1可知，以AN作为硬单体的胶粘剂，其拉伸强度最高、耐水性最佳，但共聚物成膜后膜的透明性不好。以三种物质同时作为硬单体、以BA为软单体，并且m（BA）m（硬单体）=7525，m（BA）m（MMA）m（AN+St）=75x（25-x），其中m（AN）m（St）=13，则不同硬单体配比对胶粘剂性能的影响如图2所示。图2    由图2可知，当共聚单体配比为m（BA）m（MMA）m（AN+St）=751510其中m（AN）m（St）=13时，胶粘剂的粘接强度和耐水性最好，并且共聚物成膜后不发黄。    

11、; 2.3功能单体AA用量对胶粘剂性能的影响在制备丙烯酸酯乳液胶粘剂时，通常将带有极性基团的功能单体与丙烯酸酯单体进行共聚反应，可以制得侧链带有极性基团的共聚物；极性基团的引入可以改善聚合物的粘接强度。本文选用BA、MMA为软、硬单体，通过改变功能单体AA的用量来考察胶粘剂性能的变化情况，相关性能的测试结果如图3所示，其中m（AA）m（BA）m（MMA）=x7525。图3 由图3可知，随着AA用量的增加，胶粘剂的剪切强度、拉伸强度均出现先增后降的趋势。这是因为加入AA后，形成的氢键使分子间的作用力增强，从而提高了胶粘剂分子的内聚力，粘接性能得到改善；但是，当AA用量过大时，

12、聚合物分子中引入的羧基过多，就容易与pH调节剂NaOH生成亲水的-COONa，从而使胶粘剂的粘接强度和耐水性下降。因此，AA用量不易过多，当w（AA）=2份时，胶粘剂的粘接强度和耐水性都比较理想。     2.4固化温度对胶粘剂粘接强度的影响 图4    图4为不同固化温度时硬单体配比与胶粘剂强度的关系，其中m（BA）m（MMA）m（AN+St）=75x（25-x），m（AN）m（St）=13。由图4可知，固化温度对胶粘剂的粘接强度影响很大；当固化温度为100时，胶粘剂的剪切强度和拉伸强度均比固化温度为65时高。这

13、是因为水性胶粘剂中水分的挥发速率较慢（相对于溶剂型胶粘剂而言），若固化温度太低，则水分挥发会不完全，从而影响胶粘剂的粘接强度。因此，固化温度选择100时较适宜。3结论     （1）当软单体为BA、硬单体为MMA且m（BA）m（MMA）=6535时，制备的丙烯酸酯乳液胶粘剂的粘接强度最高。     （2）同时选择MMA、St和AN作为硬单体，并且当m（BA）m（MMA）m（AN+St）=751510其中m（AN）m（St）=13时，可制得粘接强度高且吸水率较低的丙烯酸酯乳液胶粘剂。   

14、0; （3）功能单体AA的用量不宜过多，否则会影响胶粘剂的耐水性；当w（AA）=23份时较适宜。     （4）固化温度直接影响着丙烯酸酯乳液胶粘剂的粘接效果，当固化温度为100时粘按效果较好。     参考文献     1曹同玉，刘庆普，胡金生.聚合物乳液合成原理性能及应用M.2版.北京：化学工业出版社，2007.     2张军营.丙烯酸酯胶粘剂M.北京：化学工业出版社，2006.    &#

15、160;3管蓉，李建宗，艾照全，等.丙烯酸酯乳液共聚物胶粘剂的合成，性能及应用J.中国胶粘剂，1994，3（2）：43-46.     4JOVANOVICR，OUZINEBK，MCKENNATF，etal.Butylacrylate/methylmethacrylatelatexes：AdhesivepropertiesJ.     MacromoleculeSymposia，2004，206（1）：43-56.     5陈金身，陈君丽.丙烯酸乳液胶粘剂的研究J.粘接，2006，27（5）：18-20.     6袁才登.乳液胶粘剂M.北京：化学工业出版社，2004.     7刘慎，邓剑如，鲁戈舞.聚丙烯酸酯乳液胶粘剂性能影响因素J.中国胶粘剂，2003，12（4）：4-7.     8鲁德平，杨世芳，管蓉，等.丙烯酸酯乳液胶粘剂的耐水性研究J.中国胶粘剂，2002，11（4）：3