聚丙烯酰胺(PVF )胶粘剂的新生产工艺研究

1、聚丙烯酰胺(PVF )胶粘剂的新生产工艺研究摘要:介绍了用聚丙烯酰胺(PAAM) 改性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂(PVF) 的新生产工艺,研制出的PVF 胶粘剂具有粘度强、粘接强度大、游离甲醛量低等优点,产品性能达到建材行业有关标准要求.聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂(PVF) 自70 年代在我国开发应用以来,由于制备简单、价格低廉,在建筑工程上一直得到广泛应用. 但用传统方法所制得的PVF 胶性能比较差,存在着粘度小、粘接强度不够、游离甲醛量高等弱点,制约了其在更多领域的应用与发展. 笔者选用聚丙烯酰胺(PAAM) 作为改性剂,在研究了PAAM用量对胶粘剂性能、投料方法对反应时间、催化剂的选用对胶粘剂粘度的

2、影响,探讨了PAAM参加反应的最适pH 值和反应温度的基础上,选择较佳工艺条件对PVF 胶粘剂进行改性,制得符合JC438 - 91PVF 胶粘剂产品质量行业标准的胶粘剂.1 实验部分1. 1 实验原料聚乙烯醇(PVA) (1799) ; 盐酸(37 % ,CR. ) ; 氢氧化钠(15 % ,CR. ) ; 甲醛(36 % ,AR. ) ; 聚丙烯酰胺(PAAM) (工业纯) ;磷酸(CR. ) .1. 2 配方PVA 100 份; HCHO 50 份; HCl 适量; NaOH 适量;PAAM适量;H3PO4适量;H2O 1 000 份.1. 3 制备方法(1) 将适量H2O 加入反应釜中

3、,然后滴加适量HCl ,调节pH 值为1. 5 - 2. 0 ;(2) 加入PVA ,升温至90 左右,保温搅拌至PVA 完全溶解;(3) 降温至65 ,滴加适量磷酸;(4) 控温90 左右,加入HCHO ,当有大量醛水分离物出现时,达反应终点;(5) 冷却降温至55 左右,加入NaOH 调pH 值为8. 5 - 9.0 ;(6) 控温,加入溶解好的PAAM水溶液,反应约55min ; (7) 冷却至室温,出料.1. 4 性能测试固含量:烘干称量法;粘度:NDJ - 1 型旋转粘度计25 ;剥离强度:L - 205 型强度拉力机;游离甲醛:PHS - 3C 型酸度电位计;pH 值:用pH 精密

4、试纸;低温稳定性:冰箱.2 结果与讨论2. 1 PAAM对粘度的影响测试PAAM 加入量对胶液粘度的影响. 实验结果见表1.表1 PAAM 加入量对胶粘剂粘度的影响PAAM/ %0 0. 2 0. 6 1. 0 1. 2粘度/ Pas0. 4 0. 7 1. 1 1. 9 2. 4PAAM是一种在溶液中以线团结构存在的水溶性线性高分子聚合物. 其酰胺基是能强烈吸引偶极化分子的极性基团,在水中能够形成以PAAM分子为中心的庞大的动力学体积. 实验证明,向PVF 胶中加入少量的PAAM就能使胶液的粘度大幅度增加. 而过量的PAAM则会使胶液粘度过大,甚至产生凝胶现象.当PAAM的质量分数在1. 1

5、 % - 1. 2 % ,即能达到理想的增稠效果.2. 2 PAAM对粘接强度的影响按照实际生产中, 以大约5 %加入量加入PVA ,测试PAAM加入量对胶液粘接强度的影响.实验结果见表2.表2 PAAM 加入量对胶粘剂粘接强度的影响PAAM/ % 0 0. 2 0. 6 1. 0 1. 2180剥离强度/ 0. 04N/ mm 6. 2 7. 6 10. 4 13. 6 15. 5PAAM水溶液本身有一定的粘接力. 当把它加入到靠水分散失固化粘接的热塑性树脂胶粘剂PVF 中时,PVF、PAAM 与甲醛反应. PVF 线型分子链上的亚氨基进一步缩聚交联,形成网状结构. 实验证明,当PVA 含量

6、约为5 %时,胶粘剂的粘接强度随着PAAM 用量的增加有显著提高. 当PAAM 的质量分数在1. 1 % - 1. 2 %时,即能达到JC438 -91PVF 胶粘剂产品质量标准的要求.2. 3 PAAM对游离甲醛含量的影响在碱性条件下,测试PAAM 加入量对胶液中游离甲醛的含量的影响. 实验结果见表3.表3 PAAM 加入量对胶粘剂中游离甲醛含量的影响PAAM/ %0 0. 2 0. 6 1. 0 1. 2游离甲醛含量/ %1. 3 1. 1 0. 8 0. 6 0. 4在碱性条件下,甲醛与PAAM上的酰胺基发生反应. 实验证明,在碱性条件下,PAAM的加入大大减少了胶液中游离甲醛的含量.

7、当PAAM的质量分数在1. 1 % -1. 2 %时,即能达到JC438 - 91PVF 胶粘剂产品质量标准的要求.2. 4 投料方法对反应时间的影响本实验根据PVA 在酸性条件下易于完全溶解的原理,采用先将HCl 加入H2O 中,待调节到一定pH值后,再加入PVA ,接着升温溶解的投料方法,改进了原有的先长时间保持95 的高温溶解PVA ,再缓慢加入HCl 调节pH值的方法,既缩短了反应时间,又避免了用原方法在HCl 加入过程中大量气泡的产生.2. 5 催化剂的选用对胶粘剂粘度的影响测试在不加入PAAM,其它反应条件相同的情况下,催化剂的选用对胶粘剂粘度的影响. 实验结果见表4.表4 催化剂

8、的选用对胶粘剂粘度的影响盐酸和磷酸 盐酸 甲酸 乙酸 草酸粘度/ Pas0. 40. 30. 10. 20. 1磷酸除了起催化作用外,本身参与缩合反应. 磷酸与甲醛和聚乙烯醇,能形成磷酸与聚乙烯醇缩合、甲醛与聚乙烯醇缩合、两种聚合物缩合等3 种形式. 由于其缩合物中还含有大量羟基,因而可通过氢键形成立体网络结构. 实验证明,选用盐酸和磷酸作为催化剂,可以大大提高胶液的粘度.2. 6 PAAM参加反应的最适pH 值和反应温度PAAM 的增稠途径有两种,一是单纯加入PAAM引起的增稠效果不大;二是PAAM 与PVF 的羟基及水分子作用,形成的网状结构而引起的显著增稠效果. 只有在特定温度及pH 值

9、下,PAAM的增稠才会按第二途径进行. 实验结果见表5.表5 pH 值,反应温度,反应时间与结果的关系pH值反应温度/ 反应时间/ min结果10. 0 -10. 560 -6540凝胶10. 0 -10. 555 -6040凝胶9. 5 -10. 060 -6550无凝胶,生成白色特殊粘稠物9. 5 -10. 055 -6055无凝胶,生成白色特殊粘稠物9. 5 -10. 050 -5560无凝胶,生成较白的特殊粘稠物9. 0 -9. 560 -6555无凝胶,生成较白的特殊粘稠物9. 0 -9. 555 -6050无凝胶,生成白色特殊粘稠物9. 0 -9. 550 -5560无凝胶,生成物

10、粘度一般8. 5 -9. 060 -6555无凝胶,生成白色特殊粘稠物8. 5 -9. 055 -6055无凝胶,生成较透明的特殊粘稠物8. 5 -9. 050 -5555无凝胶,生成较透明的特殊粘稠物8. 0 -8. 550 -5560无凝胶,反应不完全,有残余PAM实验证明,PAAM增稠效果最佳的反应温度为55 左右,最适pH 在8. 5 - 9. 0.2. 7 改性PVF 胶粘剂与JC438 - 91PVF 胶粘剂产品质量标准比较选用新的投料方法,以盐酸和磷酸作为催化剂,控制PAAM 的加入量使其质量分数约为1. 2 % ,调节PAAM的反应温度为55 左右,反应pH 在8. 5 - 9. 0 ,制得的改性PVF 胶粘剂与JC438 - 91PVF 胶粘剂产品质量标准比较. 实验结果见表6.表6 改性PVF 胶粘剂与JC438 -91PVF 胶粘剂产品质量标准项目改性PVF 胶JC438 -91标准外观无色透明度无色透明或浅黄色固体含量/ %88粘度/ Pas ,25 2. 02. 0游离甲醛含量/ % 1515pH值7 -87 -8低温稳定性呈流动状态呈流动状态3 讨论选用