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1、 第二届“顺风杯”水性环保胶黏剂大赛初赛之设计方案材料科学与工程学院课题名称 聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂对木材的黏结效果研究组 别 第十六组 姓名 专业班级 杨璐 高分子1001 班卓棋孟 高分子1001 班赵慧杰 高分子1001 班王永 高分子1001 班一、 研究的目的和意义: 本着环保水性胶黏剂的研究，我们本次研究的课题是：聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂，即是研究聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂对于的粘结强度，但是，单纯的聚醋酸乳液也存在一些缺点，如粘接强度不够高，固化速度不够快，耐水性，耐寒性不够好，使其应用受到很大限制。因此，扩大聚醋酸乙烯脂胶黏剂的应用范围，需要对聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂进行改良，以提高其
2、综合性能，使其有更广泛的应用，以满足市场的需要,大大拓宽其应用领域。二、 国内外研究现状、发展动态（含主要参考文献）PVAc 聚醋酸乙烯乳液胶黏剂价格低廉，生产容易，使用方便，性能优异，尤其是 2 分散介质，安全无毒，对环境无污染，因而广泛适用于多孔性材料的胶合。目前，其用量仅次于尿醛树脂胶黏剂。但其本身也有一些固有缺点，如耐热性、耐水性差。早在 1912 年德国就有了醋酸乙烯酯合成的专利，19151925 年间，人们对乙烯基单体的游离基聚合进行了深入研究，在此基础上，1930 年完成了醋酸乙烯酯聚合的研究工作。起初，人们对聚醋酸乙烯酯乳液的用途还不十分了解，1945 年，美国为弥补动物胶的不
3、足，开发出了聚醋酸乙烯乳液胶黏剂，主要用于木制品和纸制品加工方面，这种乳液的粘接性能优于动物胶，又具有良好的工艺性能，因此在家具工业及其他木制品加工工业中，逐渐代替动物胶，应用面也日益扩大，使其合成工艺日趋成熟。聚醋酸乙烯乳液胶黏剂主要用于木工工艺加工中的接合，细木工板的拼接、单板的修补及拼接、胶合板的修补以及人造板的二次加工等方面。此外，还用于纸张、布、皮革、陶瓷等多孔性材料的胶合，在建筑业中用作内部装修胶黏剂或用作乳胶漆。（新型 EPM 无酸性玻璃密封胶技术）武汉现代工业技术研究采用多种高分子材料经改性制成该技所用密封胶，使用中产品无酸味、存放期多余 2 年，各项技术指标均能达到国外同类产
4、品水品。产品成本低于硅酮酸性玻璃密封胶，用于铝合金、钢塑门窗及塑料门窗的密封、亦用于表面裂缝、贴瓷砖，粘结天然石材及塑料地板的施工及防水维修中。近年来，随着乳液聚合理论和实践的快速发展，聚醋酸乙烯酯乳液的聚合方法不断创新，出现了诸如可反应型表面活性剂存在下的乳液聚合、辐射引发聚合、微乳液聚合、高固含量乳液聚合及氧化-还原引发的乳液聚合等。通过这些新的聚合方法以及与其他单体的共聚。使得乳液的性能得到提升。目前，聚醋酸乙烯酯的研究主要体现在以下几个方面：（1） 在表面活性剂方面：通过改变表面活性剂可以在一定程度上改善聚合物乳业的基本性能，故很多研究者对含有不饱和酸键的反应型表面活性剂改性聚醋酸乙烯
5、酯乳液进行研究，如 Donescu 等采用乙氧基化壬基酚马来酸单酯为可反应型表面活性剂，研究了 VAc 与该反应型表面活性剂在均相体系中的共聚反应，测得了该反应体系的白哦面活化能，并找到了最佳的引发剂和表面活性剂的浓度。（2） 在氧化还原引发体系方面：采用了氧化-还原引发体系可大大降低生成自由基的活化能，因此在其他反应条件相同的情况下，采用氧化-还原体系可以提高聚合反应速率，提高生产能力，且在一定程度上降低反应温度，是聚合物性能得到改善且降低耗能。（3） 在新型聚合方法方面：新型乳液聚合方法的应用可以极大的改善产品性能，提升产品内在质量，降低生产成本。目前的研究主要集中在以下几个方面：a 无皂
6、乳液聚合：不使用常规的乳化剂，或只加入小于其临界胶束浓度的少量乳化剂，所以通常要引入水溶性单体共聚，或采用反应型表面活性剂、大分子乳化剂等，这是制备表面洁净的单分散聚合物微球以及提高乳液涂膜性能的有效途径。b 辐射乳液聚合：较高的温度会导致聚合物分子量降低，同时还会消耗大量能量，而辐射乳液聚合由于采用电离辐射源使介质水分解成自由基，引发单体进行乳液聚合反应，这样可以使聚合活化能大大降低，反应过程易于调节和控制，在较低温度下就能进行。与常规反应相比，不需加引发剂，避免引发剂残存对乳液聚合物的污染，同时也改变了乳液的耐水性。c 自持振荡乳液聚合：由于乳胶粒的尺寸及分子量的分布对乳液及其形成夫人膜的
7、性能均有很大的影响，因此在乳液聚合中，如何调节乳胶粒的粒径分布很重要。Ohumra 等通过改性体系乳化剂的浓度来实现体系的自持振荡，在聚醋酸乙烯酯的连续乳液聚合中借以对聚醋酸乙烯酯乳液胶粒径的大小及其分布进行调控。三、 研究的主要内容及方案（侧重阐述你们组的研究思路、研究方法等）1、设计方案：传统的聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂一些固有的缺点，如耐寒、耐水、耐热性差、固化时间长等，我们采用将醋酸乙烯酯与丙烯酸共聚合和外加甲苯二异氰酸酯 (TDI)交联剂，并添加乳化剂等各种乳液的方法，得到改性聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂，增强其耐水、耐寒性及剪切强度等。2配方设计：(1)醋酸乙烯脂（95）(2)聚乙烯醇（9）
8、：聚乙烯醇作为保护胶体，它既能保护胶体，同时也起到乳化剂的作用，在黏性的聚合物表面形成保护层，以防止凝聚。(3)过硫酸铵（0.3 以 10 倍水稀释）：过硫酸铵作为引发剂，可在其中进行分解反应生成自由基，自由基可与溶解在水相中得单体进行反应，引发聚合，形成活性低聚物，扩散进入被单体饱和的胶体束中或被单体溶胀的聚合物乳胶粒中，在其中进行引发聚合并进行链增长，生成长链大分子。(4)碳酸氢钠（0.25 饱和水稀释）：缓冲液，由于过硫酸盐的加入，会导致体系 PH 的下降，致使反应速度减慢，乳液粒子变粗，甚至发生凝胶破乳的现象，所以使用时加入碳酸氢钠等调节PH 值。(5)OP-10(1.2)：辛基苯酚聚
9、氧乙烯(10) 醚，主要用作乳化剂，乳化效果好。(6)邻苯二甲酸二丁酯（DBP）(12)：主要用作增塑剂，消弱聚合物分子之间的次价键，提高延伸性和断裂伸长率，改进可逆弯曲强度，改进韧性和冲击强度。(7)共聚单体（丙烯酸）：丙烯酸与醋酸乙烯酯有良好的共聚性，能很容易地制得共聚物乳液，热固性良好。(8)去离子水（100）(9)淀粉：增稠明显。机械加工性能良好。(10) TDI(甲苯二异氰酸酯 ):作为交联剂，提高其耐水性，耐碱性和耐热性等。（注：1. 增塑剂：醋酸乙烯脂的玻璃化温度约为 28 摄氏度，在室温下作为胶黏剂及涂料时，因为不能形成完整的薄膜，所以一般需要加增塑剂，增塑剂的主要作用是消弱聚
10、合物分子之间的次价键，及范德华力，从而增加聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶性，即增加聚合物的塑性，增塑剂必须与醋酸乙烯有良好的共聚性。2交联剂：采用具有多官能团的活性单体与醋酸乙烯共聚，得到可交联的热固性共聚乳液，这种乳液在粘结过程中分子进一步交联而使胶层固化，形成体型的网状结构，固化后的胶层具有不溶，不熔的特点，类似于热固性树脂胶，因此粘结强度和胶层的耐热，耐水，耐碱等性能也得到相应的改善。实验证明，添加交联剂是改进各种热塑性乳液胶缺点的一个有效途径。3.制作流程将蒸馏水和聚乙烯醇混合搅拌，升温至 90 摄氏度使聚乙烯醇溶解，然后降温至 60 摄氏度，加入全部乳化剂和相当于总量
11、1/3 的引发剂。升温至 7275 摄氏度，在 30 分钟内滴加相当于总量 1/4 的混合单体，当反应物料有兰色荧光和体系温度自动升高时，表明已开始聚合，当温度升至 80 摄氏度时，在此温度下开始滴加余下的混合单体，滴加速度视物料回流情况和物料状态而定，一般以 35 小时内为宜，并每隔 15 分钟滴加三滴引发剂溶液，加完混合单体后保持搅拌 10 分钟，然后开始升温，同时滴完余下的引发剂溶液，温度升至 9095 摄氏度，恒温反应 30 分钟，降温至 70 分钟，加入增塑剂 DBP 和中和剂碳酸氢钠溶液，搅拌 30 分钟后，冷却放料。四、进度安排首先，我们细致的查阅资料，充分了解聚醋酸乙烯脂乳液胶
12、黏剂国内外的发展现状，生产工艺及流程，其胶粘原理，各种添加剂的作用及原理，如交联剂、乳化剂、增塑剂、引发剂等，聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂在生产实际中的不足之处，比如，聚醋酸乙烯脂乳液具有一些固有的缺点，如耐寒、耐热、耐水性差、固化时间长等，使其应用受到限制，了解这些之后我们想通过添加各种乳剂，同时调节它们的使用比例，进行乳液性能测试，对添加乳液后的聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂进行耐水实验，抗冻实验，剪切强度测验等，对聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂多次试验，多次改进它的应用性能，使其应用到更多领域。五预期成果聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂具有一些固有的缺点，如耐寒、耐水、耐热性差、固化时间长等，我们通过添加各种乳液以及调节它们的添加比例得到改性聚醋酸乙烯脂乳液胶黏剂，使其耐水、耐寒性和剪切强度得到改善。
