一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑及其製備方法
2023-10-08 03:24:04 2
專利名稱：一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種粘合劑，特別是涉及一種新型單組份醋酸乙烯酯粘合劑及其製備 方法。
背景技術：
聚醋酸乙烯乳液俗稱白乳膠，是合成樹脂乳液中產量最大的產品種類。聚醋酸乙 烯酯乳液合成工藝簡單，它主要以醋酸乙烯酯為主單體，以聚乙烯醇(PVA)為保護膠體，以 水為分散介質，以水溶性過硫酸鹽為引發劑，經乳液聚合而成。聚醋酸乙烯酯乳液具有成本 低廉、無毒、無味、使用方便、無環境汙染，節省資源等特點，被認為是一種綠色環保型膠粘 劑。它對木材、紙張、纖維等材料粘接力強，因此在膠粘劑、塗料、建築、織物加工、紙張加工 等許多方面應用廣泛。這種聚醋酸乙烯酯乳液缺點是耐水性差，尤其是耐熱水性差，在溼熱條件下，其粘 結強度會有很大程度的下降；其成膜的抗蠕變性差，即使長時間靜載荷作用下，膠層也會產 生滑動。同時，它的耐溼性、耐寒性及耐機械穩定性也較差。這些缺陷，難以滿足實際要求， 限制了在特定條件下的使用。特別是近幾年，隨著科技與經濟的發展，一些應用領域對膠粘 劑提出更高的性能要求。如高檔木製家具，要求膠粘劑的耐水性、耐熱性能要與耐水膠粘劑 相接近，使用工藝與聚醋酸乙烯酯乳液相似，無有害氣體釋出。又如汽車內裝飾、汽車篷布 用膠粘劑，要求不僅能夠耐水、耐熱，而且還要求能夠粘接不同裝飾材料。近幾年來，國內外 都將聚醋酸乙烯酯乳液的改性作為研究開發的重點內容並作了大量工作。早期主要是通過 加入增塑劑、溶劑等達到改性的目的。但這樣會降低膠成膜的強度，並且增塑劑會遷移到界 面，使膠膜發脆，以致使粘接部位產生斷裂，且成本有所提高。由於均聚乳液膠粘劑的耐水性和耐溼熱性不夠理想，因而只適用於室內木製品的 粘接，目前大多使用改性的聚醋酸乙烯乳液。國內已知的高耐水性白乳膠大多是雙組份膠 黏劑，由主膠和交聯劑組成，交聯劑多為聚合多異氰酸酯。聚合多異氰酸酯為劇毒類化學 品，嚴重限制其應用，並且雙組份膠黏劑在應用過程中工藝複雜。本發明旨在提供一種新 型單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法，製備工藝相對簡單，且無需添加其它有毒交聯劑 助劑，所得產品在施用過程中對周圍環境無汙染，為綠色環保產品，具有更為廣闊的應用前
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發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，提供一種耐水性和耐溼 熱性，環保無汙染的單組份醋酸乙烯酯粘合劑。本發明的另一目的在於提供上述單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法。為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑，以重量百分比計，其原料中各組分含量為去離子水 48-52%
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聚乙烯醇3-5%醋酸乙烯酯25-40%丙烯酸丁酯5-10%丙烯酸羥乙酯2-3%甲基丙烯酸1-3%有機矽10-15%複合乳化劑 2-3%引發劑0.1-0.9%pH 調節劑 0.1-0.3%增塑劑5-10%所述有機矽為乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三甲氧基矽烷；所述的複合乳化劑由辛烷基酚聚氧乙烯醚與十二烷基苯磺酸鈉兩類表面活性劑 按21的重量百分比組成；所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯；所述引發劑為質量濃度5-10%的過硫酸銨水溶液；所述的pH調節劑為質量濃度2-10%的碳酸氫鈉水溶液。所述聚乙烯醇的聚合度優選為1700-2000，醇解度為86_99。上述單組份醋酸乙烯酯粘合劑製備方法，包括下列步驟第一步種子乳液的製備首先將水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以4_8°C /min升溫速率至90-95°C， 待溶解後降溫至55-60°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有機矽單體，攪拌乳化15-30min後 加入配方中弓I發劑過硫酸銨重量的30-40 %，升溫至65-70 V，反應40-60min後，得種子乳 液；第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 03-0. 06g/min的速度滴加到所述種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充 分，在滴加混合單體的過程中，同步加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的40-50%，滴加 完後，再加入剩餘的過硫酸銨溶液，75-95°C條件下保溫1-2小時，降溫至40-50°C，加入碳 酸氫鈉水溶液和增塑劑，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。相對於現有技術，本發明具有以下優點(1)優良的粘結強度；產品粘度大於1024Pa · S。(2)良好的耐水、耐熱性能；本發明通過核殼乳液聚合，製得更加穩定的乳液，極 大地改善了乳液的耐水、耐溶劑、耐熱等性能；其中耐水煮性能大於4h ；(3)不含任何有機溶劑、甲醛、聚合多異氰酸酯等有害物質，對環境友好；(4)良好的耐老化性；(5)常溫冷壓快速固化；(6)工藝簡單，成本低。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明要求保護的範圍並不局限於實 施例表述的範圍。實施例1以重量百分比計，一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑原料各組分含量為去離子水 48%聚乙烯醇3%醋酸乙烯酯 24%丙烯酸丁酯 4.5%丙烯酸羥乙酯2%甲基丙烯酸有機矽10%複合乳化劑 2%引發劑0.2%pH 調節劑0.3%增塑劑5%其中，聚乙烯醇的聚合度為1700，醇解度為86。有機矽為乙烯基三乙氧基矽烷，pH 調節劑為質量濃度2%的碳酸氫鈉水溶液。引發劑為質量濃度5%過硫酸銨水溶液。增塑 劑為鄰苯二甲酸二丁酯。單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法包括如下步驟第一步種子乳液的製備稱取規定量的各組分，首先將去離子水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以 5°C /min升溫速率至90°C，待聚乙烯醇溶解後降溫至55°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有 機矽單體乙烯基三乙氧基矽烷，攪拌乳化15min後，加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量 的30%，逐漸升溫至65°C，反應40min後得種子乳液。第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 05g/min的速度滴加到種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充分，在滴加 混合單體的過程中，同步加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的50%，滴加完後，再將剩餘 20%的過硫酸銨溶液補加進去，90°C保溫lh，降溫至45°C，加入pH調節劑，鄰苯二甲酸二丁 酯，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。經檢測，如表1所示，製得的單組份醋酸乙烯酯粘合劑為白色乳狀物，無刺激性氣 味，無有害氣體釋放，乳液細膩均勻，能以任意比例與其它水性膠液相混溶。保存一年後不 沉澱，不分層，沒有凝膠等不良現象；單組份醋酸乙烯酯粘合劑初始粘接力、耐水性、耐熱性 能均高於市售白乳膠MH-503，可耐沸水煮4h不開膠。零下5°C低溫不會凝膠。本實施例制 備的單組份醋酸乙烯酯粘合劑可用於拼板膠、壓板膠、高檔家具、汽車內裝飾、纖維皮革，紙 製品等要求耐水性、耐熱性能高的應用場合。實施例2以重量百分比計，一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑原料各組分含量為
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去離子水50%聚乙烯醇3%醋酸乙烯酯28%丙烯酸丁酯 4.5%丙烯酸羥乙酯甲基丙烯酸有機矽12%複合乳化劑 2%引發劑0.2%pH 調節劑 0.3%增塑劑8%聚乙烯醇的聚合度為1800，醇解度為88。有機矽為乙烯基三甲氧基矽烷，pH調節 劑為質量濃度4%的碳酸氫鈉水溶液。引發劑為質量濃度為7%過硫酸銨水溶液。增塑劑 為鄰苯二甲酸二辛酯。單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法包括如下步驟第一步種子乳液的製備稱取規定量的各組分，首先將水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以4°C /min 升溫速率至95°C，待聚乙烯醇溶解後降溫至60°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有機矽單 體，攪拌乳化20min後，加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的40%，逐漸升溫至70°C，反 應45min後得種子乳液。第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 03g/min的速度滴加到種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充分，在滴加 混合單體的過程中，同步計入加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的45%，滴加完後，再將 剩餘15%的過硫酸銨溶液補加進去，90°C保溫1. 5h，降溫至50°C，加入pH調節劑和增塑劑 鄰苯二甲酸二辛酯，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。經檢測，如表1所示，製得的單組份醋酸乙烯酯粘合劑為白色乳狀物，無刺激性氣 味，無有害氣體釋放，乳液細膩均勻，能以任意比例與其它水性膠液相混溶。保存一年後不 沉澱，不分層，沒有凝膠等不良現象；單組份醋酸乙烯酯粘合劑初始粘接力、耐水性、耐熱性 能均高於普通白乳膠，可耐沸水煮4h不開膠。零下5°C低溫不會凝膠。本實施例製備的單 組份醋酸乙烯酯粘合劑可用於拼板膠、壓板膠、高檔家具、汽車內裝飾、纖維皮革，紙製品等 要求耐水性、耐熱性能高的應用場合。實施例3以重量百分比計，一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑原料各組分含量為去離子水 48%聚乙烯醇 5%醋酸乙烯酯 13.5%丙烯酸丁酯 8%丙烯酸羥乙酯3%
甲基丙烯酸 3%有機矽12%複合乳化劑引發劑0.3%pH 調節劑0.2%增塑劑6%聚乙烯醇的聚合度為2000，醇解度為90。有機矽為乙烯基三乙氧基矽烷，pH調節 劑為質量濃度6%的碳酸氫鈉水溶液。引發劑為質量濃度8%的過硫酸銨水溶液。增塑劑 為鄰苯二甲酸二丁酯。單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法包括如下步驟第一步種子乳液的製備稱取規定量的各組分，首先將水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以8°C /min 升溫速率至90°C，待聚乙烯醇溶解後降溫至60°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有機矽單 體，攪拌乳化25min後，加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的35%，逐漸升溫至65°C，反 應50min後得種子乳液。第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 06g/min的速度滴加到種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充分，在滴加 混合單體的過程中，同步計入加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的45%，滴加完後，再將 剩餘20%的過硫酸銨溶液補加進去，90°C保溫2h，降溫至45°C，加入pH調節劑和增塑劑鄰 苯二甲酸二丁酯，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。經檢測，如表1所示，製得的單組份醋酸乙烯酯粘合劑為白色乳狀物，無刺激性氣 味，無有害氣體釋放，乳液細膩均勻，能以任意比例與其它水性膠液相混溶。保存一年後不 沉澱，不分層，沒有凝膠等不良現象；單組份醋酸乙烯酯粘合劑初始粘接力、耐水性、耐熱性 能均高於普通白乳膠，可耐沸水煮4h不開膠。零下5°C低溫不會凝膠。本實施例製備的單 組份醋酸乙烯酯粘合劑可用於拼板膠、壓板膠、高檔家具、汽車內裝飾、纖維皮革，紙製品等 要求耐水性、耐熱性能高的應用場合。實施例4以重量百分比計，一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑原料各組分含量為去離子水 50%聚乙烯醇 3%醋酸乙烯酯 14%丙烯酸丁酯 5%丙烯酸羥乙酯3%甲基丙烯酸有機矽10%複合乳化劑 3%引發劑0.9%pH 調節劑 0.1%
增塑劑10%聚乙烯醇的聚合度為1700，醇解度為95。有機矽為乙烯基三甲氧基矽烷，pH調節 劑為質量濃度8%的碳酸氫鈉水溶液。引發劑為質量濃度9%的過硫酸銨水溶液。增塑劑 為鄰苯二甲酸二辛酯。單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法包括如下步驟第一步種子乳液的製備稱取規定量的各組分，首先將水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以5°C /min 升溫速率至95°C，待聚乙烯醇溶解後降溫至55°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有機矽單 體，攪拌乳化30min後，加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的40%，逐漸升溫至70°C，反 應60min後得種子乳液。第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 05g/min的速度滴加到種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充分，在滴加 混合單體的過程中，同步加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的50%，滴加完後，再將配方 中剩餘10%的過硫酸銨溶液補加進去，90°C保溫1. 5h，降溫至50°C，加入pH調節劑和增塑 劑鄰苯二甲酸二辛酯，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。經檢測，如表1所示，製得的單組份醋酸乙烯酯粘合劑為白色乳狀物，無刺激性氣 味，無有害氣體釋放，乳液細膩均勻，能以任意比例與其它水性膠液相混溶。保存一年後不 沉澱，不分層，沒有凝膠等不良現象；單組份醋酸乙烯酯粘合劑初始粘接力、耐水性、耐熱性 能均高於普通白乳膠，可耐沸水煮4h不開膠。零下5°C低溫不會凝膠。本實施例製備的單 組份醋酸乙烯酯粘合劑可用於拼板膠、壓板膠、高檔家具、汽車內裝飾、纖維皮革，紙製品等 要求耐水性、耐熱性能高的應用場合。實施例5以重量百分比計，一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑原料各組分含量為去離子水 50%聚乙烯醇 3%醋酸乙烯酯 14%丙烯酸丁酯 5%丙烯酸羥乙酯3%甲基丙烯酸有機矽15%複合乳化劑 3%引發劑0.9%pH 調節劑0.1%增塑劑5%聚乙烯醇的聚合度為2000，醇解度為99。有機矽為乙烯基三乙氧基矽烷，pH調節 劑為質量濃度10%的碳酸氫鈉水溶液。引發劑為質量濃度10%的過硫酸銨水溶液。增塑 劑為鄰苯二甲酸二丁酯。單組份醋酸乙烯酯粘合劑的製備方法包括如下步驟
第一步種子乳液的製備稱取規定量的各組分，首先將水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以5°C /min 升溫速率至95°C，待聚乙烯醇溶解後降溫至60°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有機矽單 體，攪拌乳化20min後，加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的35%，逐漸升溫至70°C，反 應50min後得種子乳液。第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 05g/min的速度滴加到種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充分，在滴加 混合單體的過程中，加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的50%，滴加完後，再將配方中剩 餘的15%過硫酸銨溶液補加進去，90°C保溫2h，降溫至50°C，加入pH調節劑和增塑劑鄰苯 二甲酸二丁酯，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。經檢測，如表1所示，製得的單組份醋酸乙烯酯粘合劑為白色乳狀物，無刺激性氣 味，無有害氣體釋放，乳液細膩均勻，能以任意比例與其它水性膠液相混溶。保存一年後不 沉澱，不分層，沒有凝膠等不良現象；單組份醋酸乙烯酯粘合劑初始粘接力、耐水性、耐熱性 能均高於普通白乳膠，可耐沸水煮4h不開膠。零下5°C低溫不會凝膠。本實施例製備的單 組份醋酸乙烯酯粘合劑可用於拼板膠、壓板膠、高檔家具、汽車內裝飾、纖維皮革，紙製品等 要求耐水性、耐熱性能高的應用場合。上述實施例1-5製得單組份醋酸乙烯酯粘合劑的固含量、粘度、pH值、常溫壓剪強 度以及汙染性情況如表1所示。從表中可以看出，由於本發明中採用了不同的功能單體對 白乳膠進行改性，所製備的醋酸乙烯酯粘合劑比市場上銷售的普通白乳膠粘結力和耐水煮 性能都有了明顯提高。本發明所制產品其固含量較市售產品低，粘度和壓剪強度更大，耐水 煮時間更長；同時由於本發明為單組份醋酸乙烯酯粘合劑，在合成製備過程中無需額外加 入甲醛、異氰酸酯等有毒固化成分，從而有效地減少了該產品在實際應用過程中對周圍環 境產生的汙染，實現了無甲醛生產白乳膠，很好的解決了當前白乳膠市場因甲醛含量超標 而受限這一瓶頸，具有廣闊的應用前景。表1單組份醋酸乙烯酯粘合劑性能
權利要求
一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑，其特徵在於，以重量百分比計，其原料中各組分含量為去離子水 48 52％聚乙烯醇 3 5％醋酸乙烯酯25 40％丙烯酸丁酯5 10％丙烯酸羥乙酯 2 3％甲基丙烯酸1 3％有機矽10 15％複合乳化劑2 3％引發劑0.1 0.9％pH調節劑 0.1 0.3％增塑劑5 10％所述有機矽為乙烯基三乙氧基矽烷或乙烯基三甲氧基矽烷；所述的複合乳化劑由辛烷基酚聚氧乙烯醚與十二烷基苯磺酸鈉兩類表面活性劑按2∶1的重量百分比組成；所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯；所述引發劑為質量濃度5 10％的過硫酸銨水溶液；所述的pH調節劑為質量濃度2 10％的碳酸氫鈉水溶液。
2.根據權利要求1所述的一種新型單組份醋酸乙烯酯粘合劑，其特徵在於，所述聚乙 烯醇的聚合度為1700-2000，醇解度為86-99。
3.權利要求1所述的單組份醋酸乙烯酯粘合劑製備方法，其特徵在於，包括下列步驟 第一步種子乳液的製備首先將水注入反應釜中，攪拌，加入聚乙烯醇，以4-8 °C /min升溫速率至90-95 °C，待溶 解後降溫至55-60°C，再加入複合乳化劑，隨後加入有機矽單體，攪拌乳化15-30min後加入 配方中引發劑過硫酸銨重量的30-40 %，升溫至65-70 V，反應40-60min後，得種子乳液； 第二步核殼結構乳液的聚合將由醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸組成的混合單體以 0. 03-0. 06g/min的速度滴加到所述種子乳液中，使混合單體與加入的其它助劑能夠反應充 分，在滴加混合單體的過程中，同步加入配方中引發劑過硫酸銨溶液重量的40-50%，滴加 完後，再加入剩餘的過硫酸銨溶液，75-95°C條件下保溫1-2小時，降溫至40-50°C，加入碳 酸氫鈉水溶液和增塑劑，攪拌均勻，進一步冷卻至40°C以下出料、包裝於密閉容器。去離子水 聚乙烯醇 醋酸乙烯酯 丙烯酸丁酯 丙烯酸羥乙酉丨 甲基丙烯酸 有機矽 複合乳化劑 引發劑 PH調節劑 增塑劑48-52%3-5%25-40%5-10%2-3%1-3% 10-15%2-3%`0. 1-0. 9% 0. 1-0. 3% 5-10%
全文摘要
本發明公開了一種單組份醋酸乙烯酯粘合劑及其製備方法。以重量百分比計，其原料中各組分含量為去離子水48-52％、聚乙烯醇3-5％、醋酸乙烯酯25-40％、丙烯酸丁酯5-10％、丙烯酸羥乙酯2-3％、甲基丙烯酸1-3％、有機矽10-15％、複合乳化劑2-3％、引發劑0.1-0.9％、pH調節劑0.1-0.3％和增塑劑5-10％。本發明的粘合劑是用聚乙烯醇為保護膠體，以醋酸乙烯酯為基料，通過丙烯酸酯，有機矽改性，製得改性耐水耐高溫白乳膠。其各項技術指標均超過了化工行業標準，耐水性能優良，耐高溫性能好，生產工藝簡單，成本較低是無毒無害的環保型產品。
文檔編號C09J131/04GK101906278SQ201010252049
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者周辰辰, 李莉, 袁文輝, 陳華榮 申請人:華南理工大學