搜索
您的当前位置:首页丙烯酸羟丙酯对自交联型丙烯酸酯胶黏剂乳液性能的影响

丙烯酸羟丙酯对自交联型丙烯酸酯胶黏剂乳液性能的影响

来源:飒榕旅游知识分享网
第33卷第4期 陕西科技大学学报 Journal of Shaanxi University of Science&Technology VoL 33 No.4 Aug.2015 2015年8月 文章编号:i000—5811(2015)04—0080—04 丙烯酸羟丙酯对自交联型丙烯酸酯 胶黏剂乳液性能的影响 费贵强,李晓扬 ,包一岑, 王海花 (陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,陕西西安 710021) 摘 要:以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为内固化剂,制备了一类丙烯酸羟丙酯(HPA)改性 的水性丙烯酸酯类胶黏剂,探讨了HPA的含量对胶黏剂乳液粒径,黏度,吸水率,流变性,成 膜强度及剥离强度的影响.研究结果表明,HPA的加入改善了丙烯酸酯胶黏剂的使用性能,当 HPA用量为2%时,其乳液粒径下降至最小95.7 nm,相应乳液黏度上升,触变性增强,PVC 与织物间的粘结剥离强度从17.6 N/25 mm提升至28.2 N/25 mm,拉伸强度上升至最大18. 7MPa,当HPA用量为1 时,乳液吸水率达到最低值4.1 ,呈现良好的耐水性. 关键词:甲基丙烯酸羟丙酯;聚丙烯酸酯;胶黏剂;内交联 中图分类号:TQ433.4 文献标志码:A Effect of hydr0xypr0pyl acrylate on performance of waterborne polyacrylate adhesive latex FEI Gui—qiang,LI Xiao—yang,BAO Yi cen,WANG Hai—hua (Key Laboratory of Auxiliary Chemistry&Technology for Chemical Industry,Ministry of Education, Shaanxi University of Science&Technology.Xi an 710021 China) ,Abstract:A waterborne acrylate adhesive modified by hydr0xypropy1 acrylate(HPA)has been synthesized via glycidyl methacrylate(GMA)as inner curing agent,the effect of the HPA content on latex particle size,viscosity,water absorption,rheology,film strength,and peel strength were discussed.the result indicated that HPA has improved performance of ac— rylate adhesive,the particle size has been decreased to 95.7 nm when HPA content was 2%, while the corresponding viscosity and thixotropy increased,the peel strength has increased from 17.6 N/25 mm to 28.2 N/25 mm,maximum tensile strength reached to 18.7 MPa.And the lowest water absorption was achieved to 4.1 showed good water resistance. when usage of HPA was 1 ,which Key words:hydroxypropyl acrylate;polyacrylate;adhesive;self—crosslinking 收稿日期:2015-03—30 基金项目:国家自然科学基金项目(21204046,51373091);教育部留学回国人员科研基金项目(2012(1707));陕西省教育厅重点实 验室科研计划项目(13JSOl8,2011JS057) 作者简介:费贵强(1980),男,江苏盐城人,教授,博士,研究方向:精细高分子、有机高分子功能材料合成 第4期 费贯强等:丙烯酸羟丙酯对自交联型丙烯酸酯胶黏剂乳液性能的影响 ・81・ 0 引言 目前绝大部分的胶黏剂为丙烯酸酯类,其具有 众多优点,如原料廉价易得,制备方式成熟,易于干 燥,透光率高,且有着良好的抗水性及耐候性n ]. 随着环保问题的日趋严峻,将胶黏剂进行水性 化成为了当前发展的趋势,而水性化树脂材料往往 存在耐水性差,材料易变形等缺点[3 ].为了改善此 类不足,增强织物与PVC材料间的粘结强度,以甲 基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)作为内交联固化剂, 参与水性丙烯酸酯的共聚,制成一类可有效提高胶 膜耐热性及耐水性能的自交联型胶黏剂. 其中,通过引入丙烯酸羟丙酯(HPA),利用其 具备的羟基官能团与体系中存在的环氧及羧基基 团进行交联反应_6 ],构成交联网状大分子,有效 地改善胶黏剂的乳液及成膜性能,所以,研究HPA 在丙烯酸酯共聚物中的使用量对其乳液各项指标 如粒径尺寸及分布,形态,流变性能以及成膜的机 械性能的等的影响对技术及理论指导有着重要意 义. 本文以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为内固 化剂,制备了一类丙烯酸羟丙酯(HPA)改性的水 性丙烯酸酯类胶黏剂,探讨了HPA含量对胶黏剂 乳液粒径、黏度、吸水率、流变性、成膜强度及剥离 强度的影响. 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), 甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),十二烷基硫酸钠 (SDS),分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司; 丙烯酸(AA),分析纯,成都金山化学试剂有限公 司;丙烯酸羟丙酯(HPA),化学纯,天津市化学试 剂六厂;聚乙二醇辛基苯基醚(OP一10),化学纯,天 津市百世化学试剂有限公司;过硫酸铵(APS),分 析纯,国药集团化学试剂有限公司;碳酸氢钠 (NaHCO。),分析纯,中国派尼化学试剂厂. 1.2 实验仪器 动态激光光散射仪,Mastersizer 2000APA 型,英国Malvern;共轴圆筒旋转式流变仪, AR2000ex型,美国TA;万能试验机,XwW一20B 型,承德金建;涂布机,K303 Multi Coater型,英 国RK Print. 1.3乳液合成 按照表1配比,将SDS,OP一10,NaHCO。和去 离子水加入具备回流装置的反应容器内,于80℃ 恒温水浴下开启搅拌装置,待乳化剂溶解完毕,将 各类单体按表1的指定配方混配均匀,取混合单体 总质量的10 一次加人烧瓶内,分散均匀后,加入 总引发剂30 的APS水溶液,等待反应至体系出 现蓝光,将剩余的单体及70 的APS水溶液于2 h内匀速递加完毕.结束后恒温0.5 h,之后升温至 85℃,继续恒温0.5 h.最后以冰水浴猝灭反应,以 氨水调节pH值为8~9,即可过滤倒出备用. 1.4水基丙烯酸酯胶黏剂乳液胶膜的制备 将制备好的乳液称取一定质量,倒入聚四氟乙 烯板,于室温下自然干燥,待表面干燥后,放人电热 鼓风干燥箱内于40℃下干燥24 h,然后取出,制得 约1 mlTl厚度的待测胶膜. 1.5乳胶粒径大小分布测试 对乳胶粒径及粒径分布进行了测定,丙烯酸酯 共聚物乳液的测定浓度为0.1%. 1.6胶膜耐水性能测定 将制备好的干燥胶膜剪去一定大小,称重 (M。),室温下在去离子水中浸泡24 h,之后取出胶 膜,并以滤纸擦干表面水分,再次称重(M ).按下 式: 吸水率( )一(M 一Mo)/M。×100 [。 即可计算吸水率. 1.7 流变性能的测试 稳态实验,测试温度为25℃,测定了胶黏剂乳 液的黏度随剪切速率的变化曲线以及乳液触变性. 动态试验,测试温度为25℃,测试区域为线性 黏弹性区(固定应变设定为5 ),扫描频率为0.01 ~100 HzE . 1.8胶膜力学性能测定 测试标准为GB/T1040—1992[ ],通过万能试 验机对胶膜的拉伸强度与断裂伸长率进行了测试, 拉伸速率设定为50 mm/min. 1.9 剥离强度测试 剥离强度测试的标准为HG/T 3052—2008 E¨]. 测试基材为PVC薄膜和织物,将其制作成有效尺 度为200 mm×75 mm的条状.再将制得的丙烯酸 酯共聚物胶黏剂通过涂布机均匀涂刮于织物表面, 之后在室温下干燥5 rain,待气泡消尽后,将PVC ・ 82 ・ 陕西科技史学学报 第33卷 薄膜与织物重合压叠,并施于一定压强进行压合, 的宽度裁剪至50 mm.通过万能试验机进行抗剥 之后于8O℃的干燥箱中恒温1 h后冷却,将试样 BA WPA一1 46 离测试. SDS/Op-10(1:1) 2 表1 水基丙烯酸酯胶黏剂乳液的组成配方 MMA 46 AA 2 GMA 4 HPA 0 NaHCO3 1 APS 1.2 1.2 1.2 H20 10O 1OO WPA一2 WPA一3 WPA一4 WPA一5 WPA一6 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 0.5 1 1.5 2 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1O0 1OO l0O 1OO 1.2 1.2 1.2 2结果与讨论 2.1 HPA含量对乳液粒径的影响 如图2所示,当HPA加入量为0 时,乳液的 黏度基本与剪切率无关,为典型的牛顿流体.而随着 HPA的加入,乳液的黏度明显增大,但随着剪切速 率的上升,黏度迅速下降,最终区域恒定,成为典型 的假塑性流体,原因在于,HPA的引入,分子中有了 大量的羟基基团,这些强极性的基团与体系中的水 分子形成强烈的氢键作用,而HPA的加入量越多, 表2显示了HPA含量对乳液粒径及其分布的 影响.由表可知,当HPA的用量为0%、0.5 、1 及2 时,乳液平均粒径分别为:126.7 nm、114.2 nm、97.5 nm、95.7 nm,且粒径分布渐窄,说明 HPA可以起到减小乳液粒径及其分布的作用,因为 这样的氢键缔合作用就越明显,导致胶粒所能吸附 的水分子上升,体系内的非自由水上升,胶粒的运动 HPA分子中的一OH基团可作为非离子亲水官能 团,在乳液聚合时随着HPA的加入,体系中一OH 另一方面和一同加入的阴离子表面活性剂SDS形 成协同作用,减少了胶粒的尺寸,因此在聚合过程中 乳胶粒数目增多,粒径变小,加强了乳液稳定性. 表2 HPA含量对乳液粒径及其分布的影响 HPA含量/ 0 变得困难,表现为体系黏度上升.此外,体系中存在 度匕升. 数量增加,这些一OH一方面起着非离子亲水作用, 的环氧基团与HPA中羟基的交联亦会导致表观黏 平均粒径d/nm 126.7 PD1 0.172 0.5 1 2 114.2 97.5 95.7 0.153 0.142 0.137 2.2胶膜的耐水性研究 吸水率为衡量涂膜耐水性的重要指标,图1为 不同HPA含量下丙烯酸酯共聚物胶膜吸水率的变 化.当HPA加入量分别为0 至3 时,胶膜的吸 图1 HPA含量对胶膜吸水率的影响 水率呈现先下降后上升的趋势,并在HPA加入1% 时得到最低吸水率4.1 ,原因在于,体系中加入的 GMA,其所含有的环氧基团在膜固化过程中会与体 系中的羟基(一OH)发生开环反应,构筑网状交联 结构,防止水分向膜的内部渗透,使得吸水率降低, 但当HPA含量继续增多时,膜的吸水率反而上升, 这是因为,体系中GMA所含有的环氧基团数量有 限,当羟基数量增加后,多余的未被环氧基团反应的 羟基排列在胶膜表面,使得胶膜表面的亲水性增强, 所以HPA含量增加到1 以上之后,吸水率会升 高. 2.3乳液的流变性 Share rate/s 图2 HPA含量变化对乳液 黏度一剪切率的关系曲线 2.3.2乳液的触变性 2.3.1 HPA含量对乳液流变性能的影响 第4期 费贵强等:丙烯酸羟丙酯对自交联型丙烯酸酯胶黏剂乳液性能的影响 ・83・ 触变性可以衡量流体在机械外力下,黏度的变 化趋势,当有外力存在时,体系黏度会逐渐降低,但 是在停止外力后黏度又恢复上升,这一现象被称为 正触变性,而这一性质会给胶液的固化过程带来诸 多优势,如方便表面润湿及铺展,避免流挂现象,固 化更为均匀l_1 .从图3可以看出,HPA含量的上升 会导致乳液的触变性更为明显,原因在于增加了的 HPA含量使得体系中存在更多的羟基,这些羟基的 氢键缔合作用在剪切过程中被破坏,大分子链的构 象难以保持,分子间发生取向重排,流动阻力降低, 黏度变小,但当剪切速率下降时,因为有了足够的松 弛时间,氢键作用被重新构建,而羟基的含量越多, 所需恢复的氢键就越多,回复曲线越发偏移上升曲 线,表现为触变性上升[1 . Share rate|S 图3 HPA含量对乳液触变性的影响 2.4 力学性能 2.4.1 HPA含量对胶膜的力学性能的影响 图4为HPA含量对丙烯酸酯共聚物胶膜机械 性能的影响,可以看出,随着HPA含量上升,胶膜 的拉伸强度逐渐上升,断裂伸长率为下降的趋势.因 为HPA所包含的羟基,其与GMA的环氧基团发 生开环反应,分子链间形成交联结构,使得聚合物的 分子间结合更为紧密,膜的拉伸强度得到上升,但同 时,分子链的运动被这一交联结构所束缚,聚合物脆 性上升,表现为断裂伸长率下降;另一方面,丙烯酸 酯共聚物分子由软硬段结构组成,硬段赋予聚合物 抗张强度,软段赋予聚合物柔韧性和弹性_1 ,而 HPA在共聚物充当硬段结构,其玻璃化温度在260 ℃左右,它的引入会使得丙烯酸酯中刚性结构增多, 硬段比例上升,表现为拉伸强度上升,断裂伸长率下 降. 2.4.2 HPA含量对PVC/织物剥离强度的影响 剥离强度决定着PVC与织物间的粘结强度,如 图5所示,随着HPA含量的上升,粘结强度从17.6 图4 HPA含量对涂膜力学性能的影响 (N/25 mm)上升至最大到28.2(N/z5 mm),但当 HPA含量超过2 时,剥离强度略有下降,这是由 于HPA的加入,引入羟基,通过与环氧基团反应, 使得体系的交联程度上升,内聚力增大.此外,在固 化过程中,当水分离去后,HPA的羟基能够与织物 表面的极性基团形成氢键,进一步提高剥离强度.但 HPA属于硬性单体,在HPA加入量超过2 以后, 材料会变得脆而硬,导致粘结性能开始下降.综合考 虑HPA的含量应该1%~2 左右为佳. 图5 HPA含量对剥离强度的影响 3 结论 对于本文所制备的丙烯酸酯胶黏剂,探讨了丙 烯酸羟丙酯(HPA)的含量对乳液及其胶膜各项性 能的影响,结果表明,HPA的加入可以减小所制乳 液粒径,并使粒径分布更加均匀,乳液稳定性更好, 流体呈现假塑性,随着HPA含量增加,乳液的黏度 有所上升,胶膜的拉伸强度先增加后略微减小,断裂 伸长率减小,吸水率先减小后上升.当HPA含量为 2 时,乳液的平均粒径为97.3 mm,力学性能优 良,PVC与织物间的粘结剥离强度从17.6 N/25 mm提升至28.2 N/25 mm.当HPA含量为1 时, (下转第99页) 第4期 周 祥等:薄差层水力压裂控缝高技术研究 ・ 99 ・ ling fracture height growth in layered media[C]//The 1 987 SPE/DOE Low-Permeability Reservoirs Symposi— um.Denver:SPE16433,1990;142—150. 49. [9]陈治喜,陈勉,黄荣樽,等.层状介质中水力裂缝的垂向 扩展[J].石油大学学报(自然科学版),1997,21(4):23— 26. Es]M.B.Smith,A.B.Bale,L.K.Britt,et a1.Layered modu— lus effects on fracture propagation,proppant placement, [1o]李天才.榆林气田上古压裂理论与应用技术研究[D].四 川:西南石油大学,2009. and fracture modeling[C]//The 2001 SPE Annual Tech— nical Conference and Exhibition.New Orleans,Louisiana: SPE71654,2001:1—14. [11]Lawrence W.Teufel,James A.Clark.Hydraulic fracture propagation in layered rock:Experimental studies of frac— [6]苟贵明,胡仁权.缝高控制与薄层压裂[J].油气井测试, 2004,13(5):48-51. ture containment[C]//Tbe 1981 SPE/DOE Low—.Perme—. ability Gas Symposium.Denver:SPE9878,1 984:1 9-32. [7]胡阳明,胡永全,赵金洲,等.裂缝高度影响因素分析及控 缝高对策技术研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版), 2009,11(1):28-31. [12]赵安军,胡金堂,赵政嘉,等.阿尔塔拉凹陷压裂控缝高及 诊断技术[J].石油钻采工艺,2010,32(5):79—81. [131王鸿勋.水力压裂原理[M].北京:石油工业出版社, 1 987:30—90. [8]赖海涛,梁凌云,李照允,等.苏里格气田裂缝高度延伸模 拟分析与控缝高技术[J].石油化工应用,2011,30(3):47— (上接第83页) 吸水率达到最低值4.2 9/6,耐水性最佳.对乳液流 变性能进了研究,HPA改性的自交联丙烯酸酯乳 液呈假塑性流体,随HPA含量的增加,乳液的粘 度与正触变性上升.而不含HPA的乳液粘度较 小,且不具触变性. 参考文献 [1]王杨勇,胡剑青,郑智贤,等.软包装用耐水丙烯酸酯胶黏 剂乳液的合成研究[J].包装工程,2011,32(15):74—78. [2]何斌,易健民.PVC涂层织物用粘合剂的研制[J].聚氯 [7]Zheng J,Zhang Q,He X,et a1.Nanocomposites of carbon nanotube(CNTs)/CuO with high sensitivity to organic volatiles at room temperature[J].Procedia Engineering, 2012,36:235-245. [8]Sanchis M R,Calvo O,Fenollar O,et a1.Characterizati0n of the surface changes and the aging effects of low—-pres—- sure nitrogen plasma treatment in a polyurethane film[J]. Polymer Testing,2008,27(1):75—83. [9]Petrovie Z S,Guo A,Javni I,et a1.Polyurethane networks from polyols obtained by hydroformylation of soybean oil [J].Polymer International,2008,57(2):275-281. [1o]刘祯.麦秸纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究 乙烯,1999(3):5-6. [D].西安:西安工业大学,2012. [3]吕 冬,杜中杰,张晨,等.聚氨酯/聚(甲基丙烯酸甲酯一 [11]黄忠耀,杨建雄,蔡利海,等.双轴向经编涂覆织物剥离性 甲基丙烯酸丁酯)互穿聚合物网络聚合物的阻尼性能[J]. 石油化工,2006,35(10):994—997. 能研究[J].产业用纺织品,2012(4):22—25. [12]范圣强,曹瑞军,周心艳.可聚合乳化剂改性对弹性丙烯 [4]王继英,仇满德,张荣珍,等.水性丙烯酸酯胶粘剂的合成 及性能研究[J].中国胶粘剂,2005,14(3):8-10. 酸酯乳液粘度的影响[J].材料科学与工程学报,2004,22 (6):806-808. [5]赖小娟,李小瑞,王磊.环氧改性水性聚氨酯乳液的制备 [13]李海峰.自交联环氧改性丙烯酸酯木器漆乳液的合成 及其膜性能[J].高分子学报,2009,11(1):1 107—1 l12. [6]wu Y,Li A,Li K.Pressure sensitive adhesives based on o— leic acid[J].Journal of the American Oil Chemists Socie— ty,2015,92(1):111-120. rJ].化工新型材料,2009,37(10):122—124. [14]宗奕珊.水性聚氨酯一丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性 研究[D].西安:陕西科技大学,2014. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top