CN111876099A - 一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法 - Google Patents

一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于胶黏剂技术领域，具体涉及一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法。该方法首先通过半连续乳液聚合法，采用引入丙烯酸酯单体与醋酸乙烯酯共聚合的方法制得聚醋酸乙烯酯乳液；然后将制得的乳液胶黏剂经pH调节至中性，后与水***联剂、阳离子改性剂、增稠剂混合均匀，得到不含甲醛强耐水的聚醋酸乙烯酯胶黏剂产品。本发明制得的聚醋酸乙烯酯胶黏剂耐水性能良好，无甲醛，属于高固含量产品，黏度大小可按要求进行调节。

Description

一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法
技术领域
本发明属于木材胶黏剂技术领域，具体涉及一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法。
背景技术
聚醋酸乙烯酯乳液为单组分乳液，具有价格低、生产方便、粘接强度高、无毒等特点，由于与其他树脂相容性广、胶合性佳，胶合时所需压力较小，胶膜无色透明、不污染材面，且胶膜具有可挠性等优点，用途广泛，被应用于木材加工、织物粘接、家具组装、制造业、包装业以及家庭装修等诸多领域，成为工业中的一个大宗产品，随着国民经济的快速发展，其用量还将大幅度的增加。但是PVAc也存在很多不足之处：是线性长链状高分子，分子链间仅有弱的极性引力，玻璃化温度（T g）较低（27℃左右），当温度高于T g，分子链移动性变大，弹性模量快速降低。在湿热条件下，其黏接强度会有很大程度的降低，因而缺乏耐寒性、耐湿性、耐机械稳定性，抗蠕变性能差。当接触水或处于高湿环境下，分子链上的部分乙酰基易被水解成羟基，亲水性的羟基易将水分子吸附到胶合层，水分子透过木材及胶合层渗透至木材与PVAc界面上，引起胶合层软化，降低了粘接强度 ，这些缺点限制了PVAc聚合物的应用。
为了改善它的性能比如玻璃化温度、耐水性能、拉伸强度等，人们通过将之共混改性或者与其它单体共聚改性，也有学者指出，通过使用耐水性能良好的保护胶体，也可以得到性能优良的PVAc乳液。例如美国专利US 20040082706中提到利用异氰酸酯作为交联剂，提高乳液胶黏剂的耐水性能和粘结强度，但是异氰酸酯类交联剂普遍价格加高，会导致乳液胶黏剂成本增加。公开号CN 107974219A的中国专利中采用醋酸乙烯酯与甲基丙烯酸月桂酯共聚的方式制备了一种耐水性良好的胶黏剂，耐水性能可以达到欧洲D3标准，但是该胶黏剂由于甲基丙烯酸月桂酯的玻璃化温度偏低，故该胶黏剂耐热性差，在环境温度较高时胶层容易变形，产生滑动。公开号CN 108624261A的专利中利用增韧酚醛树脂与聚醋酸乙烯酯共混，得到综合性能优异的乳液胶黏剂，但是酚醛树脂的引入，会导致乳液胶黏剂中含有少量甲醛，对人体及环境有害，因此其应用受到一定限制。因此，环保高性能的聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂的开发有非常重要的现实意义。
发明内容
解决的技术问题：为应对市场上现有的聚醋酸乙烯酯胶黏剂在木材粘结过程中粘结强度低，耐水性差，含有甲醛等有毒物质等问题，本发明通过引入阳离子改性剂和丙烯酸酯羧基官能团，以及使用改性聚乙烯醇作保护胶体等，使得乳液胶黏剂在使用过程中能够产生一定的交联，且阳离子基团的引入能够增强胶黏剂与粘附表面的作用力，得到一种耐水性能良好、黏度可以调节、高固体含量、不含甲醛的聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂。
技术方案：一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，制备步骤为：
步骤一，合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇2～5份，醋酸乙烯酯42～47份，缓冲剂0.1～0.15份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.1-0.2份，还原剂0.11～0.22份，丙烯酸酯单体0.3～1.2份。首先将聚乙烯醇溶解在90～95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入部分醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至70～80℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液。
步骤二，将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整PH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与0.1～1.0份水***联剂、2～10份质量的阳离子改性剂、1～3份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂调节胶黏剂黏度。
作为优选，步骤一中所用的聚乙烯醇为日本可乐丽公司的RS-2117。
作为优选，步骤一中所用的氧化还原引发剂为酒石酸/双氧水。
作为优选，步骤一中所用的缓冲剂为醋酸钠。
作为优选，步骤一中所用的带有羧基的丙烯酸酯单体为丙烯酸、甲基丙烯酸的任意一种。
作为优选，步骤一中所用的氧化还原引发剂中的氧化剂，第一批加入量与第二批的质量比例为3:7。
作为优选，步骤二中所用的水***联剂为UN-178或交联剂WIN-28的任意一种。
作为优选，步骤二中所用的阳离子改性剂为阳离子松香乳液，PAE，阳离子丙烯酸酯乳液的任意一种。
作为优选，步骤二中所用的增稠剂为罗门哈斯ASE-60、Addensol 1016、TH5020、TH5202的任意一种。
本发明的有益效果：本发明提供的聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂经过阳离子改性剂改性具有一定交联结构，成膜后耐水性极佳，所用原料不含有甲醛，从源头上解决了甲醛问题，是一种环保的水性乳液胶黏剂。
本发明制得的耐水性聚醋酸乙烯酯乳液胶黏剂制备工艺简单，操作简便，整个反应过程无异味，不会对人体造成伤害。
具体实施方式
文中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。下述便是本发明的优选实施例，但本发明也不局限于以下仅有的实施例，在实施例上稍做改进也将视为本发明的保护范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
步骤一，合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇2份，醋酸乙烯酯47份，缓冲剂0.12份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.15份，还原剂0.16份，丙烯酸酯单体0.5份。首先将聚乙烯醇溶解在90～95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入2.0份醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至72℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂0.045份，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液。
步骤二，将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整pH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与0.1质量份的交联剂WIN-28、5.0份质量的阳离子改性剂PAE、2.0份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂ASE-60调节胶黏剂黏度。
实施例2
步骤一，合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇5份，醋酸乙烯酯42份，缓冲剂0.1份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.1份，还原剂0.11份，丙烯酸酯单体0.7份。首先将聚乙烯醇溶解在90～95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入3.0份醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至70℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂0.03份，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液。
步骤二，将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整pH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与0.5质量份的交联剂UN-178、7.0份质量的阳离子改性剂松香乳液、1.0份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂Addensol 1016调节胶黏剂黏度。
实施例3
步骤一，合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇4份，醋酸乙烯酯45份，缓冲剂0.15份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.2份，还原剂0.22份，丙烯酸酯单体1.2份。首先将聚乙烯醇溶解在90～95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入2.0份醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至80℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂0.06份，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液。
步骤二，将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整pH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与1.0质量份的交联剂UN-178、10份质量的阳离子改性剂阳离子丙烯酸酯、2.0份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂TH5020调节胶黏剂黏度。
实施例4
步骤一，合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇3份，醋酸乙烯酯44份，缓冲剂0.1份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.18份，还原剂0.2份，丙烯酸酯单体1.0份。首先将聚乙烯醇溶解在90～95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入2.0份醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至75℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂0.054，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液。
步骤二，将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整pH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与0.6质量份的交联剂WIN-28、2.0份质量的阳离子改性剂PAE、3.0份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂TH5202调节胶黏剂黏度。
实施例5
步骤一，合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇4份，醋酸乙烯酯43份，缓冲剂0.14份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.12份，还原剂0.13份，丙烯酸酯单体0.3份。首先将聚乙烯醇溶解在90-95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入3.0份醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至70～80℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂0.036份，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液。
步骤二，将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整pH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与1.0质量份的交联剂WIN-28、5.0份质量的阳离子改性剂松香乳液、1.0份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂TH5020调节胶黏剂黏度。
将以上实施例制备得到的胶黏剂进行性能测试，胶合强度检测聚醋酸乙烯酯胶黏剂用于压制三层桉木胶合板，按照标准GB/T 17657-2013执行，上胶量300g/m2，预压1h，压力1.0MPa热压温度120～125℃，压力1.2MPa，热压时间90s/mm板材。
Figure 653118DEST_PATH_IMAGE002
由表中数据可以看出，经过步骤二的制备，添加改性剂后（对照组中不加入阳离子改性剂、交联剂及碳酸钙、增稠剂等），胶合强度能有很好的提高。

Claims (9)

1.一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
步骤一.合成聚醋酸乙烯酯乳液，按重量份计各组份配比为：聚乙烯醇2～5份，醋酸乙烯酯42～47份，缓冲剂0.1～0.15份，氧化还原引发体系中的氧化剂0.1～0.2份，还原剂0.11～0.22份，丙烯酸酯单体0.3～1.2份，首先将聚乙烯醇溶解在90-95℃水溶液中溶解完全，待温度降至50～60℃，依次加入部分醋酸乙烯酯单体，全部的缓冲剂和还氧化还原引发体系中的还原剂，并将反应温度升至70～80℃，然后加入第一批氧化还原引发体系中的氧化剂，进行聚合反应，待反应20min后，用注射器滴加剩余的醋酸乙烯酯和带有羧基丙烯酸酯单体混合物，以及剩余的第二批氧化还原引发剂中的氧化剂，反应3～5h，降温后得到聚醋酸乙烯酯乳液；
步骤二.将步骤一中制得的聚醋酸乙烯酯乳液经 8%的氢氧化钾水溶液调整pH值至中性，然后按比例，将100份制得的聚醋酸乙烯酯乳液与0.1～1.0份水***联剂、2～10份质量的阳离子改性剂、1～3份活性碳酸钙混合均匀，根据黏度要求，选用增稠剂调节胶黏剂黏度。
2.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤一中所用的聚乙烯醇为日本可乐丽公司的RS-2117。
3.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤一中所用的氧化还原引发剂为酒石酸/双氧水。
4.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤一中所用的缓冲剂为醋酸钠。
5.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤一中所用的带有羧基的丙烯酸酯单体为丙烯酸、甲基丙烯酸的任意一种。
6.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤一中所用的氧化还原引发剂，第一批加入量与第二批的质量比例为3:7。
7.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤二中所用的水***联剂为UN-178、交联剂WIN-28的任意一种。
8.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤二中所用的阳离子改性剂为阳离子松香乳液、聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）、阳离子丙烯酸酯乳液的任意一种。
9.如权利要求1所述的一种无甲醛强耐水性聚醋酸乙烯酯木材胶黏剂的制备方法，其特征在于步骤二中所用的增稠剂为ASE-60、Addensol 1016、TH5020、TH5202的任意一种。
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