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1、VAE乳液对PU乳液共混改性的研究2007年第1期深圳职业技术学院JournalofShenzhenPolytechnicNo.1.2007VAE乳液对PU乳液共混改性的研究张武英,林峰(深圳职业技术学院应用化学与生物技术学院,广东深圳518055)摘要:用VAE乳液对聚氨酯(Pu)乳液进行共混改性,研究了共混乳液的稳定性,相容性,初粘力和膜的力学性能等.结果表明,调整VAE乳液的pH值为弱碱性,再与PU乳液共混能得到稳定的乳液,两者显示一定的相容性;加入10%的VAE乳液能有效地提高PU的耐水性和初粘性.关键词:扣陛聚氨酯;VAE乳液;共混;初粘力中图分类号:TH89文献标识码:A文章编号:
2、16720318(2007)0卜001704水性聚氨酯(Pu)胶粘剂是指将聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂,以水为基本介质,具有不燃,无毒,不污染环境,节省能源,操作方便等优点,因此成为国内外研究的热门课题【1.】.但是水性聚氨酯胶粘剂的初粘性一直不尽人意,在许多机械化高速生产及提高生产效率等方面,往往对胶粘剂的初粘性有较高的要求,加上成本高昂,水性聚氨酯胶粘剂的应用受到限制.醋酸乙烯一乙烯乳液(VAE)以其成膜温度低,机械性能和贮存稳定性好,固化快,对薄膜基材粘接性好,具有良好的初粘性和较低的成本【4】等优点适用于胶粘剂,为此本文通过VAE乳液对水性Pu乳液进行共混改性,达到性能互补,
3、降低成本的目的.1实验部分1.1原料PU乳液,自制,控制n(TDI):n(OH)为1.6,n(DMPA):n(PPG)为l,pH值为8;VAE乳液(AirflexEP706),工业级,美国气体聚合物有限公司;氨水,分析纯,广州东红化工厂.1.2VAE乳液共混改性取一定量VAE乳液,滴入浓度为28%的氨水充分搅拌,调整pH值为7.5.在500ml三口烧瓶中加入计量好的Pu乳液,滴加调整pH值的VAE乳液,搅拌lh出料.1.3性能测试1.3.1胶膜透明度的测定将胶膜自然成膜后,观察所成的胶膜透明情况,分为5个等级:最好,好,一般,较差,差.1.3.2贮存稳定性将一定量乳液密封于l0ml试管中,置于
4、阴凉处,室温保存,隔一定时间对乳液变化情况进行观测.1.3.3固含量称取卜2g试样置于烧杯中,在已调至(1002)的干燥箱中放置30min,取出放在干燥器中冷却,称量.再放到干燥箱中热烘15min,取出放在干燥器中冷却,称量.重复此步骤,直至相邻2次称量之差小于0.5mg为恒重.计算公式如下:固含量%:100%2式中:m1为固含物质量,g;m2为试样质量,g.1.3.4拉伸强度测试将制备好的聚氨酯水乳液胶膜,用80mm5mm型的裁刀裁好,放在真空干燥器中真空干燥24h,然后在xLLl00A型拉力试验机上测定其拉伸强度及延伸率,拉伸速度为室温下250mm/min.延伸率的计算公式如下:收麓日期:
5、20061120作者筒介t张武英(1977一),男,湖北罗田人,讲师,硕士,主要从事水性高分子材料的研究.18深圳职业技术学院第6卷E=三100%L1式中:E为延伸率;Ll为试品的原长;Lz为试品断裂时的长度.1.3,5粘接强度的测定试片采用PVC薄片,尺寸为200mm15rnnl,粘合部分为150mm15rnnl,用丙酮处理表面污物,2试片均涂胶,每片涂层厚度为25g/m(固体质量),等表干后将2试片贴合.将贴合的试片在接触压力下用65C温度热烘48h,然后室温放置48h,用AG一1型万能电子拉力试验机(日本岛津公司)测定T型剥离强度,拉伸速率为室温下200mm/min.1.3.6吸水率的测
6、定把样品膜在真空下干燥24h,室温测定样品膜的质量,然后把样品膜浸泡于室温去离子水中,24h后再称量其质量,依据两者的质量差求吸水率():Q:二100%W1式中:为样品膜的吸水率;Wl为样品膜的原来质量;W2为样品膜浸泡后的质量.2结果与讨论2.1共混乳液的稳定性共混乳液的稳定性是共混改性的先决条件.本文考察共混乳液的静止稳定性,分别按直接共混,将VAE调节pH7.5后再共混2种方式,结果见表1.从表1可看出,在PU乳液中直接加入VAE乳液,乳液的稳定性被破坏.随着VAE乳液加入量的增加,乳液凝聚的速度也不断增加.这是因为VAE乳液中为防止醋酸乙烯酯基的水解,pH值控制在4.0-5.5之间,而
7、PU乳液一般呈弱碱性.PU乳液胶粒表面存在羧基(-COOH),由于羧基在pH值较大时电离而使胶粒表面带负电荷,胶粒电荷互相排斥而稳定.当VAE乳液直接加入时,共混体系pH值下降,抑制了羧基的电离,胶粒表面失去电荷斥力而凝聚.调整pH值之后,VAE乳液胶粒表面将以阴离子形式存在,形成双电层,具有与PU乳液胶粒相同的电荷,由于静电斥力体系保持稳定.2.2共混组分的相容性观察膜的透明度可以方便的看出两相的相容程度.观察不同比例PU/VAE共混改性所得膜的透明性,结果见表2.从表2可看出,随着VAE含量的增加,PU/VAE共混所制得的膜的透明度逐渐降低,在VAE含量较少时显示出部分相容性,可能是PU和
8、VAE之间产生氢键结合.在70/30时出现明显的两相分离,体系透明性差.2.3YAF含量对膜力学性能的影响不同VAE含量对共混乳液胶膜力学性能的影响见.表3.表1共混对乳液稳定性的影响注:其中PU乳液的固含量为25%,VAE乳液的固含量为54.5%,共混比例是2乳液的固体质量之比.表2共混对膜透明性的影响第1期张武英,等:VAE乳液对PU乳液共混改性的研究l9表3VAE含量对膜力学性能的影响从表3可看出,随着VAE含量的增加,共混乳液胶膜的拉伸强度先小幅增加后持续下降.这是因为VAE乳液的pH值升高后,其胶粒含有的一些强极性的羟基,能与自身酯基,羟基及聚氨酯的极性键形成氢键,使得膜的内聚能增大
9、,拉伸强度增加,但随着VAE含量的继续增加,由于VAE自身强度较低,并且由于两相分离加剧,造成共混胶膜的拉伸强度下降.从表3中可看出,随着VAE含量的增加,胶膜的延伸率先减少后持续增长.这是因为当VAE的加入量较小时,由于氢键作用使延伸率略有下降.随VAE含量增加,VAE具有相当的韧性,含量的增加对体系增塑作用增强,并且两相分离加剧使延伸率增加.2.4VAE含量对膜耐水性的影响水性聚氨酯由于引入亲水性基团,耐水性较差,而VAE的耐水性较好,将两者共混测定成膜之后的吸水率见图1.323028槲2624222018Ub1U1b2030w(VAE)/%图1从图l可看出,随着VAE含量的增加,共混膜的
10、吸水率有减少的趋势.一方面是因为VAE自身的耐水性比水性PU好,另一方面是因为PU中含有较多的氨基甲酸酯,脲,醚等基团,在成膜过程中和VAE胶膜中的保护胶体聚乙烯醇上的羟基能形成氢键.这种作用增加胶膜的物理交联程度,降低了水对胶膜的渗透作用,因而吸水率下降.2.5VAE含量对共混乳液初粘力和最终剥离强度的影响2.5.1初粘性表征方法的确定初粘性是指粘合剂在粘合作用初期的粘接性能,其概念比较模糊,测试方法也没有统一的标准,而初粘力受测试环境诸多条件的影响【7J,因此本实验先确定初粘性的表征方法.表4水性PU粘接力与干燥时间的关系从表4可看出,水性PU要挥发一定的水才产生粘接力,本实验确定当胶粘剂
11、触手粘时的粘接力为初粘力,在规定涂胶量下胶层需要室温干燥约25min.2.5.2VAE含量对共混乳液初粘力的影响VAE含量对共混乳液初粘力的影响见图2.从图2可看出,随着VAE含量的增加,共混乳液的初粘力增大.当VAE的加入量为10%时,初粘力即从2.01N/cm提高到4.76N/cm,但继续增加VAE的含量,初粘力提高有限.由于水性聚氨酯的软段结晶慢,初期内聚强度不高,导致初粘力不高,而且水性聚氨酯的分子量较大,导致分子链活动能力弱,胶液浸润性不好,也使初粘力下降.VAE乳液分子中引入了乙烯链段,起到内增塑作用,降低了玻璃化温度和成膜温度,对基材的润湿性好,所以具有良好的初粘力.将两者共混,
12、可以提高水性PU的结晶速度和润湿性从而提高了初粘力.6善s,d.2051015202530w(VAE)/%图2VAE含量与乳液初粘力的关系深圳职业技术学院第6卷2.5.3VAE含量对共混乳液最终粘接强度的影响图3显示了VAE含量对共混乳液最终粘接强度的影响.gUZ羹槊,1.U510l0050w(VAE)/%图3VAE含量与膜T型剥离强度的关系从图3可看出,在PU乳液中加入少量VAE乳液能提高共混乳液的最终粘接强度,但VAE乳液含量继续增加反而降低了最终的粘接强度.这是因为少量VAE乳液的加入能有效的提高共混乳液的润湿性从而提高了粘接性能,但是VAE乳液的粘接性能比水性PU乳液差,继续增加会降低
13、整体的粘接性能.3结论调整VAE乳液的pH值为弱碱性后与水性PU共混能得到稳定的乳液,两者显示一定的相容性.VAE能有效地提高PU的耐水性,少量VAE能提高PU的力学性能,有效提高初粘力而不损害最终粘接强度,同时降低了成本,达到了充分利用单一乳液优势的目的.VAE/PU的最佳比例为10/90.参考文献:1YENMEMG,KUOSHUCHIN,PCLPCLPEG.CopolydiolbasedWaterbonePolyurethane,EffectoftheSoftSegmentCompositionontheStructureandthePhysicalProperties【J.Journal
14、ofAppliedPolymerScience.1997,65(5):883892.颜俊,涂伟萍,杨卓如,等.水性聚氨酯研究进展J.化工进展,2001(7):2224.张首文,王文军,李红旭,等.高性能水性聚氨酯胶粘剂J.中国胶粘剂,2002,11(14):4042.李子东,李广字,于敏.VAE乳液及其胶粘剂J.粘接,2001,22(6):2730.刘玉芝.VAE乳液在粘合剂方面的应用J.化学与粘合,1993(4):226231.杜梦麟.VAE乳液国内外的应用开发J.中国胶粘剂,1995,4(1):1419.吴鸣建,刘家永.粘合剂初粘性的测试与评价J.粘接,1998,19(2):1718.Re
15、searchonBlendingModificationofPUEmulsionbyVAEEmulsionZHANGWuying,LINFeng(SchoolofAppliedChemistandBiotechnology,ShenzhenPolytechnic,Shenzhen,Guangdong518055,China)Abstract:PUemulsionwasmodifiedbyaseriesofVAEemulsionblending.Stability,initialadhesion,mechanicalpropertiesoffilmsandcompatibilityofblend
16、ingemulsionwerestudied.TheresultsshowthatstabilityoftheblendingemulsiondependsonweakbaseVAEemulsion,theblendingsystemispartiallycompatible,andtheblendingemulsionmodifiedby10%VAEemulsionhasgoodmechanicalproperties,initialadhesion,andexcellentwaterresistance.Keywords:PUemulsion;VAEemulsion;blending;initialadhesion(责任编辑:王璐)