陳奠宇,石金梅(常熟理工學院化學与材料工程系江蘇省新型功能材料重點建設實驗室,江蘇常熟 215500)作者簡介:陳奠宇(1973-),男,四川眉山人,常熟理工學院副教授,博士,主要從事高分子合成、催化聚合、陽离子活性聚合研究、功能高分子等領域的研究。電話:0512-55723992,E-mail:chendy@cslg.edu.cn
摘要:以甲苯二异氰酸酯(TDI)為改性劑,對聚乙烯醇膠粘劑改性。研究了聚乙烯醇(PVA)膠水濃度、反應溫度、反應物配比等對膠粘劑性能的影響。研究表明,提高聚乙烯醇膠水的耐水性能的最佳實驗條件為:PVA濃度8%,溫度50℃,TDI最佳用量15滴/100mL。
關鍵詞:甲苯二异氰酸酯;聚乙烯醇;膠粘劑
聚乙烯醇(PVA)膠水對木材、紙張、纖維、水泥、陶瓷等极性材料具有較強的粘結力,但耐水性能差,影響其用途。通過醚化、酯化、縮醛化或硼砂等交聯劑交聯等方法都能在一定程度上提高其耐水性。二异氰酸酯(TDI)交聯PVA,可明顯提高粘結力和耐水性能[1,2],但易凝膠。同時加入某些聚合物,雖取得了較好效果[3～5],但對成本和工藝等方面有影響。本實驗是把TDI与PVA交聯產物涂在滌塔夫布上再對布進行各种處理,根据膠水在布上的附著率來判斷膠水的耐水性能。研究PVA膠水濃度、反應溫度、反應物配比等對反應的影響。發少量的TDI的加入,既不影響PVA膠水的穩定性,還能較大程度提高其耐水性能。
1 實驗部分
1.1 試劑与儀器
PVA-1799、十二烷基硫酸鈉、甲苯二异氰酸酯(TDI)均為化學純。JPT-5型托盤天平;LAC系列電子分析天平;涂-4粘度計。
1.2 實驗方法
1.2.1 PVA膠水的配制 用天平稱量一定量的PVA(2000型)加到250mL的三頸燒瓶中,再向瓶中加入一定量蒸餾水,將瓶置于水浴鍋中加熱至沸,并不斷攪拌,保持恒沸2～3h,然后冷卻至所需溫度。PVA膠水濃度選取5%～10%。
1.2.2 PVA膠水的改性 在PVA膠水中加入0.1g十二烷基硫酸鈉表面活性劑,攪拌20min;取一定量的TDI滴加到PVA水溶液中,繼續攪拌20min。
1.2.3 耐水性能實驗 將膠水樣品均勻涂在已稱重的滌塔夫布上,自然風干后放入烘箱(100℃)烘30min后稱重,然后將布進行水洗、熱水洗、洗洁精洗,并分別進行烘干,稱重。
膠水附著率計算如下:膠水附著率=(M2-M1)/M1×100%
式中 M1———未涂膠水的布的質量;
M2———處理過的布的質量。
2 結果与討論
2.1 膠水最佳濃度選擇
2.1.1 膠水濃度對產品粘度的影響
恒定TDI配比為TDI/PVA為0.2%,反應溫度50℃,改變PVA膠水濃度,進行實驗,結果見圖1。
由圖1可知,涂-4粘度劑測量的時間隨PVA膠水濃度的增大而增大,即PVA膠水濃度越大其粘度越大。
2.1.2 膠水濃度對產品附著率的影響 在冷水處理情況下,所獲得結果見圖2。
由圖2可知,經冷水處理后,從整体來看,膠水在布上的附著率隨PVA膠水濃度的升高而增大,在PVA膠水濃度為8%時出現极大值。說明膠水在冷水中的溶解度隨PVA膠水濃度的升高是逐漸減小的,但在PVA膠水濃度為8%時,膠水在冷水中的溶解度最小。經熱水和洗洁精處理后,結果見圖3。
由圖3可知,經熱水和洗洁精處理后,膠水在布上的附著率隨PVA膠水濃度的變化趨勢与圖2相似,在PVA膠水濃度為8%時出現最大值。說明膠水在熱水中的溶解度隨PVA膠水濃度的升高是逐漸減小的,在PVA膠水濃度為8%時,膠水在熱水中的溶解度最小。所以,我們選擇8%作為PVA膠水進行改性研究。
2.2 實驗溫度的選擇
2.2.1 溫度對產品粘度的影響 PVA膠水濃度為8%,TDI濃度TDI/PVA=0.2%,反應溫度對產品粘度的影響見圖4。
由圖4可知,涂-4粘度計測量的時間隨實驗溫度的升高而降低,表明實驗溫度越高,PVA膠水粘度越小。
2.2.2 溫度對產品附著率的影響
在冷水處理情況下的測量結果見圖5。
由圖5可知,經冷水處理后,膠水在布上的附著率隨著溫度的升高先減小后增大,其中在20℃和50℃時附著率較大。
經熱水和洗洁精處理后,膠水在布上的附著率隨溫度的變化趨勢与圖5相似,20℃和50℃時附著量較大。經多次實驗,在保証不凝膠的要求下,溫度必須控制在60℃以下。溫度稍高,則交聯反應進行的几率增大,易凝膠;若再增高,与水溶劑發生副反應,膠液將有沉淀顆粒產生。我們的實驗選擇溫度范圍在20～50℃。由圖5、圖6可知,1號和4號的實驗結果較好,無論是冷水洗、熱水洗還是洗洁精洗,膠水在布上都能夠保持較高的附著率。為了保証實驗重現性及工厂操作方便,我們選擇50℃作為最佳實驗溫度。
2.3 TDI最佳濃度的選擇
2.3.1 TDI濃度對產品粘度的影響
PVA膠水濃度為8%,實驗溫度50℃,通過改變TDI濃度,進行實驗,結果見圖7。
由圖7可知,膠水粘度隨TDI濃度的增加呈現不規則變化,在TDI增加到第16滴時出現极大值,表明此時所制膠水粘度最大。
2.3.2 TDI濃度對產品附著率的影響
在冷水處理情況下的測量,結果見圖8。
由圖8可知,經冷水處理后,膠水在布上附著率隨TDI濃度的增大呈現不規律的變化,在TDI增加到第15滴時出現极大值,表明此時所制膠水在冷水中的溶解度最小。
經熱水和洗洁精處理后,膠水在布上附著率隨TDI濃度的增大同樣無規律可循(見圖9),同樣是TDI增加到15滴時出現极大值,与在冷水中的情況相似。因此,我們可以選擇TDI的最佳值為15滴。
3 結束語
在實驗條件下,一定量的TDI加入PVA膠水中,配置成乳膠液,可顯著提高膠水的耐水性能。最佳實驗條件為:PVA濃度8%,溫度50℃,TDI最佳用量15滴/100mL,可用于制備耐水性較好的PVA粘膠劑和涂料。
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