王喜梅1，蔡江濤2，郭秀清2
（1.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，山東濟(jì)南250031；2.西安科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安710054）
摘要：通過(guò)乳液聚合法制備了丙烯酸異辛酯（2-EHA）改性醋酸乙烯（VAc）水性乳液。該乳液由VAc/2-EHA、水、聚乙烯醇（PVA）和乳化劑等配制而成。討論了工藝條件及配方組分對(duì)乳液性能的影響，并確定了基本配方。結(jié)果表明：當(dāng)聚合溫度為70~80℃、w（過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑）=1～3份、w（OP-10）=0.83%~1.25%（相對(duì)于混合單體而言）、w（SDS）=0.63%~0.83%（相對(duì)于混合單體而言）、以異辛醇為消泡劑且使用合適的助劑時(shí)，該乳液具有韌性好、粘接強(qiáng)度高、可常溫粘接、使用方便、毒性小和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，可用作水性涂料的基料以及木材、紙張用膠粘劑等。
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ433.433文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004－2849（2009）10-0008-03
0·前言
白乳膠即聚醋酸乙烯（PVAc）乳液，是一種熱塑性膠粘劑，具有清洗方便、粘接力強(qiáng)、膠膜無(wú)色、韌性好、乳液穩(wěn)定、安全、無(wú)毒、無(wú)火災(zāi)和無(wú)爆炸危險(xiǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文所研究的水性丙/醋乳液，是由丙烯酸酯類(lèi)單體與醋酸乙烯（VAc）乳化共聚而成，與普通白乳膠相比，其膠膜的耐水性和韌性明顯提高，可作為水性涂料的優(yōu)良膠料，也可用于木材、紙張等粘接[1-3]。
1·試驗(yàn)部分
1.1試驗(yàn)原料
醋酸乙烯（VAc），工業(yè)級(jí)，石家莊維尼綸廠(chǎng)；丙烯酸異辛酯（2-EHA），工業(yè)級(jí)，北京東方化工廠(chǎng)；辛基苯基聚氧乙烯醚（OP-10），工業(yè)級(jí)，上海助劑廠(chǎng)；聚乙烯醇（PVA），工業(yè)級(jí)，北京有機(jī)化工廠(chǎng)；引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀，化學(xué)純，山東臨沂天科有限公司；十二烷基苯磺酸鈉（SDS），化學(xué)純，淄博魯黔化工廠(chǎng)；消泡劑異辛醇，分析純，淄博天德精細(xì)化工研究所；碳酸氫鈉（NaHCO3），化學(xué)純，濟(jì)南鴻鑫化工有限公司；對(duì)苯二酚，分析純，北京恒業(yè)中遠(yuǎn)化工有限公司；鄰苯二甲酸酯類(lèi)，分析純，山東瑞泰化工有限公司。
1.2水基丙/醋乳液的制備
采用乳液聚合法制備水基丙/醋乳液（配方見(jiàn)表1）；先加水升溫溶解PVA，再依次加入乳化劑、單體（VAc和2-EHA）、引發(fā)劑和其他助劑等，升溫至70～80℃進(jìn)行反應(yīng)；控制單體和引發(fā)劑的滴加時(shí)間為3～4h，保溫熟化處理0.5h，然后自然降溫至50℃，即可出料。
表1
1.3試驗(yàn)儀器
NDJ-1旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力粘度計(jì)，深圳吉金潤(rùn)發(fā)展有限公司；PHS-2C型pH計(jì)，上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司；TY8000型拉力試驗(yàn)機(jī)，江蘇江都市天源試驗(yàn)機(jī)械有限公司。
1.4性能測(cè)試
黏度，按照SH/T1152-1992標(biāo)準(zhǔn)，采用旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定；pH值，按照SH/T1150-1992標(biāo)準(zhǔn)，采用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定；剝離強(qiáng)度，采用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定[將白棉布涂膠試樣裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，拉伸速率為（100±5）mm/min，有效剝離長(zhǎng)度應(yīng)大于70mm]；斷裂伸長(zhǎng)率，按照GB1040-2006標(biāo)準(zhǔn)，采用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定；耐水性，按照GB1733-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。
2·結(jié)果與討論
2.1單體加入方式和加入時(shí)間的影響
單體是指VAc和2-EHA的混合物，由于其共聚反應(yīng)為劇烈的放熱反應(yīng)，故必須采用連續(xù)滴加單體的方式進(jìn)行乳液聚合，否則易出現(xiàn)溢槽和凝膠等現(xiàn)象。單體滴加時(shí)間對(duì)乳液性能的影響如表2所示。
表2
由表2可知：?jiǎn)误w的滴加時(shí)間將直接影響共聚乳液的粒徑大小和黏度，乳液黏度隨著單體滴加時(shí)間的增加而增大；單體滴加時(shí)間越長(zhǎng)，聚合物粒徑越小、粒徑分布越窄且膠膜透明性越高。
綜合考慮乳液粒徑大小和膠膜的透明性等因素，選擇單體滴加時(shí)間為3～4h時(shí)較適宜。
2.2聚合溫度對(duì)乳液性能的影響
聚合溫度是影響共聚乳液性能的重要因素之一。聚合溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致聚合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、反應(yīng)不完全；聚合溫度過(guò)高，乳液易出現(xiàn)結(jié)塊、膠皮等現(xiàn)象。因此，選擇適宜的聚合溫度就顯得尤為重要。聚合溫度對(duì)共聚乳液性能的影響如表3所示。
表3
由表3可知：聚合溫度對(duì)共聚乳液的黏度、膠膜剝離強(qiáng)度和透明性影響較大。綜合考慮，選擇聚合溫度為70~80℃時(shí)較適宜。
2.3引發(fā)劑種類(lèi)及用量對(duì)乳液性能的影響大量試驗(yàn)證明過(guò)硫酸鉀比過(guò)硫酸銨效果好（即成膜性能好、膠膜較柔軟且無(wú)色透明），故本試驗(yàn)選擇過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，引發(fā)劑用量對(duì)乳液性能的影響如表4所示。由表4可知：引發(fā)劑應(yīng)分批加入，否則易爆聚；引發(fā)劑要適量（過(guò)少反應(yīng)慢、轉(zhuǎn)化率和固含量低；過(guò)多會(huì)引起pH值下降，并且體系會(huì)因生成的乳膠粒過(guò)于集中而產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象）。綜合考慮，選擇w（引發(fā)劑）=1～3份時(shí)較適宜。
表4
2.4乳化劑種類(lèi)及用量對(duì)乳液性能的影響
在乳液聚合過(guò)程中，乳化劑的種類(lèi)和用量對(duì)反應(yīng)速率、體系穩(wěn)定性和聚合物性能的影響較大。本試驗(yàn)采用OP-10/SDS復(fù)合乳化劑；保護(hù)膠體采用PVA（本身是非離子表面活性劑）。研究結(jié)果表明：當(dāng)試驗(yàn)開(kāi)始階段一直采用OP-10作乳化劑時(shí)，所制備的共聚乳膠粒又多又大，并且儲(chǔ)存不穩(wěn)定；當(dāng)采用復(fù)合乳化劑時(shí)，所生成的共聚乳膠粒數(shù)量和粒徑明顯減少；當(dāng)乳化劑用量過(guò)少時(shí)，生成的膠束數(shù)量相應(yīng)減少，聚合物粒徑變大、乳液不穩(wěn)定。因此，選擇w（OP-10）=0.83%~1.25%（相對(duì)于混合單體而言）、w（SDS）=0.63%~0.83%（相對(duì)于混合單體而言）時(shí)較適宜。
2.5消泡劑種類(lèi)及用量對(duì)乳液性能的影響
消泡劑必須與整個(gè)體系相容，但不能溶解，并且消泡劑與體系中的乳化劑要有適宜的平衡關(guān)系。若消泡劑過(guò)少，它將以油層狀分離出來(lái)，浮在表面；若消泡劑過(guò)多，它將過(guò)多地分散在體系中，不起作用。因此，正確選擇消泡劑的種類(lèi)及用量至關(guān)重要。消泡劑主要品種有十八醇、十六/十八混合醇、辛醇、異辛醇、甲醇和磷酸三丁酯等。以PVA為乳化劑的乳液不宜選用硅系列消泡劑。在其它條件相同的前提下，分別采用以上幾種消泡劑進(jìn)行消泡試驗(yàn)。結(jié)果表明：選擇異辛醇消泡劑效果最好，并由此確定了消泡劑的最佳用量。
2.6其它助劑對(duì)乳液性能的影響
當(dāng)乳液聚合終止時(shí)應(yīng)加入適量的助劑，以提高乳液的粘接強(qiáng)度和穩(wěn)定性、降低成膜溫度和阻止乳液聚合。本試驗(yàn)以NaHCO3作為乳液pH值的調(diào)整劑，以增加乳液的穩(wěn)定性；加入少量對(duì)苯二酚以防止乳液進(jìn)一步聚合；加入鄰苯二甲酸酯類(lèi)，以降低成膜溫度、提高韌性，從而也提高了粘接強(qiáng)度。
3結(jié)論
（1）由丙烯酸酯類(lèi)單體與VAc單體乳化共聚而成的水基丙/醋乳液，與普通白乳膠相比，其膠膜的耐水性和韌性明顯提高。
（2）該水基丙/醋乳液不僅具有韌性好、粘接強(qiáng)度高、制備工藝簡(jiǎn)便可行、可室溫粘接和使用方便等諸多特點(diǎn)，而且還具有水基膠粘劑毒性小、無(wú)污染和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景良好。
