MDI改性PVAc膠黏劑的性能效果評(píng)價(jià)

王肖肖，王旭東，李貴斌，張恭發(fā)，季國(guó)彬

（沈陽(yáng)愛(ài)克浩博化工有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110122）

聚醋酸乙烯酯膠黏劑PVAc是應(yīng)用最廣泛的合成樹(shù)脂膠黏劑之一[1]，具有價(jià)格低廉、生產(chǎn)容易、使用方便，無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在木材、紡織、紙張等多孔性材料的膠合[2]。市場(chǎng)上常見(jiàn)的固含量≤40%的低成本PVAc類膠黏劑耐水性差，在潮濕的條件下，黏接強(qiáng)度會(huì)有很大程度的下降[3-5]。4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），作為較好的外交聯(lián)劑，可以加入到PVAc中進(jìn)行改性，提高黏接強(qiáng)度和耐水性，反應(yīng)原理如下：

本實(shí)驗(yàn)利用交聯(lián)反應(yīng)原理，通過(guò)對(duì)黏度、干濕態(tài)黏接剪切強(qiáng)度、吸水率、接觸角、干燥時(shí)間等方面實(shí)驗(yàn)的綜合考察，確定外交聯(lián)劑MDI對(duì)于改性PVAc的最佳添加比例和工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品及儀器

醋酸乙烯酯（VAc），工業(yè)級(jí)，塞拉尼斯（南京）化工有限公司；聚乙烯醇（PVA），工業(yè)級(jí)，安徽皖維高新材料股份有限公司；非離子型乳化劑（OP-10），工業(yè)級(jí)，沈陽(yáng)浩博實(shí)業(yè)有限公司；過(guò)氧化氫，工業(yè)級(jí)，沈陽(yáng)市民聯(lián)化工有限公司；酒石酸，工業(yè)級(jí)，杭州瑞晶生物科技有限公司；消泡劑，工業(yè)級(jí)，沈陽(yáng)浩博實(shí)業(yè)有限公司；MDI，工業(yè)級(jí)，萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司。

TVB-10W/15型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，日本東機(jī)產(chǎn)業(yè)；AL204型分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WHL-25A臺(tái)式電熱恒溫干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；微機(jī)控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南中創(chuàng)工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)有限公司；OCA-15型接觸角測(cè)試儀，北京東方德菲儀器有限公司。

1.2 改性PVAc膠黏劑的制備

在裝有冷凝管、溫度計(jì)和攪拌器的四口燒瓶中加入200 g去離子水，邊攪拌邊加入適量的PVA，水浴溫度升溫至90 ℃；待完全溶解冷卻至室溫，制成PVA溶液。然后將OP-10、碳酸氫鈉、消泡劑和酒石酸加入到PVA溶液中，水浴升溫至75 ℃，緩慢滴加引發(fā)劑過(guò)氧化氫和VAc單體，開(kāi)始聚合，聚合過(guò)程的溫度控制在78～85 ℃。單體滴加完畢后，水浴溫度至80 ℃，保溫1 h；然后冷卻至室溫，用100目（0.150 mm）濾網(wǎng)過(guò)濾，制成PVAc膠黏劑。加入一定量的MDI，混合攪拌均勻，制得改性PVAc膠黏劑樣品。

1.3 測(cè)試及性能評(píng)價(jià)

黏度：采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)定（溫度25 ℃）。

吸水率：吸水率=(W1-W0)/W0。W0為膠膜烘干的重量；W1為該膠膜浸泡在水中，24 h后擦凈表面水分后膠膜的重量。

黏接強(qiáng)度：按照聚乙烯乙酸酯乳液木工膠黏劑的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HG/T2727—2010）來(lái)測(cè)定，將樣品涂抹在兩塊試片（30 mm ×25 mm×5 mm的樺木樣塊）的交接面上，膠接面積為25 mm×25 mm，涂膠量為100 g·m-2；將兩塊試片疊合，0.5～1.0 MPa的壓力下壓合24 h，試驗(yàn)溫度為23±2 ℃，40%～60%RH，卸壓后直接進(jìn)行干態(tài)剪切強(qiáng)度測(cè)試。濕態(tài)剪切強(qiáng)度在卸壓后于30±1℃的水中浸泡3 h，再于23±2 ℃水中浸泡10 min后立即測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 MDI加入量與黏度的關(guān)系

MDI加入量對(duì)黏度的影響如圖1所示。

圖1 MDI加入量與黏度的關(guān)系

由圖1可知，隨著MDI用量的增加，PVAc膠黏劑的黏度呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這是由于MDI的加入，使MDI的—NCO與PVAc中的—OH發(fā)生交聯(lián)，增加了膠黏劑分子間的作用力，導(dǎo)致黏度增加，15～35 Pa·s范圍內(nèi)的黏度是實(shí)際應(yīng)用涂布進(jìn)行黏接的最佳黏度，不會(huì)因?yàn)轲ざ却蠖坎假M(fèi)勁。

2.2 MDI加入量對(duì)黏接性能的影響

MDI加入量對(duì)黏接性能的影響，干態(tài)條件下見(jiàn)圖2，濕態(tài)條件下見(jiàn)圖3。

由圖2可知，隨著MDI用量的增加，膠黏劑干態(tài)的壓縮剪切強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，當(dāng)MDI加入量為PVAc量的20%時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到了9 MPa，比未加入MDI剪切強(qiáng)度增加了1.7 MPa，這是由于MDI的引入，使部分共聚物從線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了膠黏劑的內(nèi)聚強(qiáng)度，從而提高了乳液膠黏劑的剪切強(qiáng)度。由圖3可知，濕態(tài)剪切強(qiáng)度隨MDI用量的增加呈增加趨勢(shì)，在加入量15%達(dá)到最大1.75 MPa，在加入量20%時(shí)，濕態(tài)強(qiáng)度略有下降，這是由于超過(guò)加入量15%，膠膜脆化同時(shí)親水性略有增強(qiáng)，水分子滲入量增多，膠黏劑耐水性下降。因此綜合考慮強(qiáng)度和耐水性MDI加入量15%時(shí)，能達(dá)到最好的黏接效果。

圖2 MDI加入量對(duì)黏接性能的影響（干態(tài)）

圖3 MDI加入量對(duì)黏接性能的影響（濕態(tài)）

2.3 MDI加入量對(duì)膠膜吸水率及接觸角的影響

影響膠黏劑吸水率的主要因素是膠膜親水性，MDI用量對(duì)于此PVAc的吸水率及接觸角的影響見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 MDI加入量對(duì)吸水率的影響

由圖4可知，吸水率隨著MDI用量的增加是減小的，表明膠膜發(fā)生交聯(lián)，鏈間作用力增大，膠膜致密性增加，水分子滲入少，所以耐水性增強(qiáng)，在MDI加入量15%時(shí)，吸水率最小值(33.1%)，對(duì)應(yīng)圖3為濕態(tài)剪切力最大值。同理通過(guò)圖5接觸角的大小也反映了同樣的情況，在MDI加入量15%的情況下，接觸角最大（45.5°），說(shuō)明耐水性最好。

圖5 MDI加入量對(duì)接觸角的影響

2.4 不同溫度下改性PVAc和未改性PVAc的關(guān)系

MDI加入量15%的改性PVAc和未改性PVAc的溫度與干燥時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖6。

由圖6可知，MDI加入量15%的改性PVAc在不同溫度下的干燥時(shí)間短于未改性PVAc膠黏劑的干燥時(shí)間，因此通過(guò)MDI改性的PVAc膠黏劑在實(shí)際黏接生產(chǎn)過(guò)程中，能夠提高生產(chǎn)效率，節(jié)省時(shí)間。

圖6 溫度與干燥時(shí)間的關(guān)系

3 結(jié) 論

用MDI改性PVAc膠黏劑，目的是提高其黏接性能和耐水性。通過(guò)分析不同比例MDI加入量對(duì)使用黏度范圍、干態(tài)強(qiáng)度、濕態(tài)強(qiáng)度、吸水率、接觸角等方面的影響，找出最佳MDI添加比例，最終確定了加入方案：MDI加入量為15%時(shí)，強(qiáng)度和耐水性達(dá)到了最好的效果，同時(shí)也可提高實(shí)際應(yīng)用效果。