甲苯二异氰酸酯改性聚乙烯醇胶粘剂的研究
2008-03-19 阅读 193 次
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陈奠宇,石金梅(常熟理工学院化学与材料工程系江苏省新型功能材料重点建设实验室,江苏常熟 215500)作者简介:陈奠宇(1973-),男,四川眉山人,常熟理工学院副教授,博士,主要从事高分子合成、催化聚合、阳离子活性聚合研究、功能高分子等领域的研究。电话:0512-55723992,E-mail:chendy@cslg.edu.cn 摘要:以甲苯二异氰酸酯(TDI)为改性剂,对聚乙烯醇胶粘剂改性。研究了聚乙烯醇(PVA)胶水浓度、反应温度、反应物配比等对胶粘剂性能的影响。研究表明,提高聚乙烯醇胶水的耐水性能的最佳实验条件为:PVA浓度8%,温度50℃,TDI最佳用量15滴/100mL。 关键词:甲苯二异氰酸酯;聚乙烯醇;胶粘剂 聚乙烯醇(PVA)胶水对木材、纸张、纤维、水泥、陶瓷等极性材料具有较强的粘结力,但耐水性能差,影响其用途。通过醚化、酯化、缩醛化或硼砂等交联剂交联等方法都能在一定程度上提高其耐水性。二异氰酸酯(TDI)交联PVA,可明显提高粘结力和耐水性能[1,2],但易凝胶。同时加入某些聚合物,虽取得了较好效果[3～5],但对成本和工艺等方面有影响。本实验是把TDI与PVA交联产物涂在涤塔夫布上再对布进行各种处理,根据胶水在布上的附着率来判断胶水的耐水性能。研究PVA胶水浓度、反应温度、反应物配比等对反应的影响。发少量的TDI的加入,既不影响PVA胶水的稳定性,还能较大程度提高其耐水性能。 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 PVA-1799、十二烷基硫酸钠、甲苯二异氰酸酯(TDI)均为化学纯。JPT-5型托盘天平;LAC系列电子分析天平;涂-4粘度计。 1.2 实验方法 1.2.1 PVA胶水的配制 用天平称量一定量的PVA(2000型)加到250mL的三颈烧瓶中,再向瓶中加入一定量蒸馏水,将瓶置于水浴锅中加热至沸,并不断搅拌,保持恒沸2～3h,然后冷却至所需温度。PVA胶水浓度选取5%～10%。 1.2.2 PVA胶水的改性 在PVA胶水中加入0.1g十二烷基硫酸钠表面活性剂,搅拌20min;取一定量的TDI滴加到PVA水溶液中,继续搅拌20min。 1.2.3 耐水性能实验 将胶水样品均匀涂在已称重的涤塔夫布上,自然风干后放入烘箱(100℃)烘30min后称重,然后将布进行水洗、热水洗、洗洁精洗,并分别进行烘干,称重。 胶水附着率计算如下:胶水附着率=(M2-M1)/M1×100% 式中 M1———未涂胶水的布的质量; M2———处理过的布的质量。 2 结果与讨论 2.1 胶水最佳浓度选择 2.1.1 胶水浓度对产品粘度的影响 恒定TDI配比为TDI/PVA为0.2%,反应温度50℃,改变PVA胶水浓度,进行实验,结果见图1。  由图1可知,涂-4粘度剂测量的时间随PVA胶水浓度的增大而增大,即PVA胶水浓度越大其粘度越大。 2.1.2 胶水浓度对产品附着率的影响 在冷水处理情况下,所获得结果见图2。  由图2可知,经冷水处理后,从整体来看,胶水在布上的附着率随PVA胶水浓度的升高而增大,在PVA胶水浓度为8%时出现极大值。说明胶水在冷水中的溶解度随PVA胶水浓度的升高是逐渐减小的,但在PVA胶水浓度为8%时,胶水在冷水中的溶解度最小。经热水和洗洁精处理后,结果见图3。  由图3可知,经热水和洗洁精处理后,胶水在布上的附着率随PVA胶水浓度的变化趋势与图2相似,在PVA胶水浓度为8%时出现最大值。说明胶水在热水中的溶解度随PVA胶水浓度的升高是逐渐减小的,在PVA胶水浓度为8%时,胶水在热水中的溶解度最小。所以,我们选择8%作为PVA胶水进行改性研究。 2.2 实验温度的选择 2.2.1 温度对产品粘度的影响 PVA胶水浓度为8%,TDI浓度TDI/PVA=0.2%,反应温度对产品粘度的影响见图4。  由图4可知,涂-4粘度计测量的时间随实验温度的升高而降低,表明实验温度越高,PVA胶水粘度越小。 2.2.2 温度对产品附着率的影响 在冷水处理情况下的测量结果见图5。  由图5可知,经冷水处理后,胶水在布上的附着率随着温度的升高先减小后增大,其中在20℃和50℃时附着率较大。  经热水和洗洁精处理后,胶水在布上的附着率随温度的变化趋势与图5相似,20℃和50℃时附着量较大。经多次实验,在保证不凝胶的要求下,温度必须控制在60℃以下。温度稍高,则交联反应进行的几率增大,易凝胶;若再增高,与水溶剂发生副反应,胶液将有沉淀颗粒产生。我们的实验选择温度范围在20～50℃。由图5、图6可知,1号和4号的实验结果较好,无论是冷水洗、热水洗还是洗洁精洗,胶水在布上都能够保持较高的附着率。为了保证实验重现性及工厂操作方便,我们选择50℃作为最佳实验温度。 2.3 TDI最佳浓度的选择 2.3.1 TDI浓度对产品粘度的影响 PVA胶水浓度为8%,实验温度50℃,通过改变TDI浓度,进行实验,结果见图7。  由图7可知,胶水粘度随TDI浓度的增加呈现不规则变化,在TDI增加到第16滴时出现极大值,表明此时所制胶水粘度最大。 2.3.2 TDI浓度对产品附着率的影响 在冷水处理情况下的测量,结果见图8。  由图8可知,经冷水处理后,胶水在布上附着率随TDI浓度的增大呈现不规律的变化,在TDI增加到第15滴时出现极大值,表明此时所制胶水在冷水中的溶解度最小。  经热水和洗洁精处理后,胶水在布上附着率随TDI浓度的增大同样无规律可循(见图9),同样是TDI增加到15滴时出现极大值,与在冷水中的情况相似。因此,我们可以选择TDI的最佳值为15滴。 3 结束语 在实验条件下,一定量的TDI加入PVA胶水中,配置成乳胶液,可显着提高胶水的耐水性能。最佳实验条件为:PVA浓度8%,温度50℃,TDI最佳用量15滴/100mL,可用于制备耐水性较好的PVA粘胶剂和涂料。 参考文献: [1] 牛永生,牛晓玉,刘德峥,等.改性聚乙烯醇建筑涂料的研制[J].化学工程师,2000,79(14):26-27. [2] 许国强,黄雪红.疏水改性聚乙烯醇的黏度行为[J].精细化工,1999,16(6):1-4. [3] 马天信.甲苯二异氰酸酯对聚乙烯醇缩醛胶粘剂改性的研究[J].粘接,1997,18(3):9-10. [4] AnkushB,NicholasA.Poly(acrylicacid)-poly(vinylalcoho1)copolymerswithsuperabsorbentproperties[J].JApplPolymSci,1998,70(4):817-829. [5] GimenezV,ReinaJ.Unsaturatedmodifiedpoly(vinylal coho1)cross-linkingthroughdoublebonds[J].Poly mer,1999,40(10):2759-2767. |
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