MDI改性PVAc胶黏剂的性能效果评价

王肖肖，王旭东，李贵斌，张恭发，季国彬

（沈阳爱克浩博化工有限公司，辽宁 沈阳 110122）

聚醋酸乙烯酯胶黏剂PVAc是应用最广泛的合成树脂胶黏剂之一[1]，具有价格低廉、生产容易、使用方便，无毒无害等优点，广泛应用在木材、纺织、纸张等多孔性材料的胶合[2]。市场上常见的固含量≤40%的低成本PVAc类胶黏剂耐水性差，在潮湿的条件下，黏接强度会有很大程度的下降[3-5]。4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），作为较好的外交联剂，可以加入到PVAc中进行改性，提高黏接强度和耐水性，反应原理如下：

本实验利用交联反应原理，通过对黏度、干湿态黏接剪切强度、吸水率、接触角、干燥时间等方面实验的综合考察，确定外交联剂MDI对于改性PVAc的最佳添加比例和工艺。

1 实验部分

1.1 药品及仪器

醋酸乙烯酯（VAc），工业级，塞拉尼斯（南京）化工有限公司；聚乙烯醇（PVA），工业级，安徽皖维高新材料股份有限公司；非离子型乳化剂（OP-10），工业级，沈阳浩博实业有限公司；过氧化氢，工业级，沈阳市民联化工有限公司；酒石酸，工业级，杭州瑞晶生物科技有限公司；消泡剂，工业级，沈阳浩博实业有限公司；MDI，工业级，万华化学集团股份有限公司。

TVB-10W/15型旋转黏度计，日本东机产业；AL204型分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；WHL-25A台式电热恒温干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；微机控制万能试验机，济南中创工业测试系统有限公司；OCA-15型接触角测试仪，北京东方德菲仪器有限公司。

1.2 改性PVAc胶黏剂的制备

在装有冷凝管、温度计和搅拌器的四口烧瓶中加入200 g去离子水，边搅拌边加入适量的PVA，水浴温度升温至90 ℃；待完全溶解冷却至室温，制成PVA溶液。然后将OP-10、碳酸氢钠、消泡剂和酒石酸加入到PVA溶液中，水浴升温至75 ℃，缓慢滴加引发剂过氧化氢和VAc单体，开始聚合，聚合过程的温度控制在78～85 ℃。单体滴加完毕后，水浴温度至80 ℃，保温1 h；然后冷却至室温，用100目（0.150 mm）滤网过滤，制成PVAc胶黏剂。加入一定量的MDI，混合搅拌均匀，制得改性PVAc胶黏剂样品。

1.3 测试及性能评价

黏度：采用旋转黏度计进行测定（温度25 ℃）。

吸水率：吸水率=(W1-W0)/W0。W0为胶膜烘干的重量；W1为该胶膜浸泡在水中，24 h后擦净表面水分后胶膜的重量。

黏接强度：按照聚乙烯乙酸酯乳液木工胶黏剂的化工行业标准（HG/T2727—2010）来测定，将样品涂抹在两块试片（30 mm ×25 mm×5 mm的桦木样块）的交接面上，胶接面积为25 mm×25 mm，涂胶量为100 g·m-2；将两块试片叠合，0.5～1.0 MPa的压力下压合24 h，试验温度为23±2 ℃，40%～60%RH，卸压后直接进行干态剪切强度测试。湿态剪切强度在卸压后于30±1℃的水中浸泡3 h，再于23±2 ℃水中浸泡10 min后立即测试。

2 结果与讨论

2.1 MDI加入量与黏度的关系

MDI加入量对黏度的影响如图1所示。

图1 MDI加入量与黏度的关系

由图1可知，随着MDI用量的增加，PVAc胶黏剂的黏度呈现逐渐增长的趋势。这是由于MDI的加入，使MDI的—NCO与PVAc中的—OH发生交联，增加了胶黏剂分子间的作用力，导致黏度增加，15～35 Pa·s范围内的黏度是实际应用涂布进行黏接的最佳黏度，不会因为黏度大而涂布费劲。

2.2 MDI加入量对黏接性能的影响

MDI加入量对黏接性能的影响，干态条件下见图2，湿态条件下见图3。

由图2可知，随着MDI用量的增加，胶黏剂干态的压缩剪切强度呈增加趋势，当MDI加入量为PVAc量的20%时，剪切强度达到了9 MPa，比未加入MDI剪切强度增加了1.7 MPa，这是由于MDI的引入，使部分共聚物从线性结构转变为交联结构，增强了胶黏剂的内聚强度，从而提高了乳液胶黏剂的剪切强度。由图3可知，湿态剪切强度随MDI用量的增加呈增加趋势，在加入量15%达到最大1.75 MPa，在加入量20%时，湿态强度略有下降，这是由于超过加入量15%，胶膜脆化同时亲水性略有增强，水分子渗入量增多，胶黏剂耐水性下降。因此综合考虑强度和耐水性MDI加入量15%时，能达到最好的黏接效果。

图2 MDI加入量对黏接性能的影响（干态）

图3 MDI加入量对黏接性能的影响（湿态）

2.3 MDI加入量对胶膜吸水率及接触角的影响

影响胶黏剂吸水率的主要因素是胶膜亲水性，MDI用量对于此PVAc的吸水率及接触角的影响见图4和图5。

图4 MDI加入量对吸水率的影响

由图4可知，吸水率随着MDI用量的增加是减小的，表明胶膜发生交联，链间作用力增大，胶膜致密性增加，水分子渗入少，所以耐水性增强，在MDI加入量15%时，吸水率最小值(33.1%)，对应图3为湿态剪切力最大值。同理通过图5接触角的大小也反映了同样的情况，在MDI加入量15%的情况下，接触角最大（45.5°），说明耐水性最好。

图5 MDI加入量对接触角的影响

2.4 不同温度下改性PVAc和未改性PVAc的关系

MDI加入量15%的改性PVAc和未改性PVAc的温度与干燥时间的关系见图6。

由图6可知，MDI加入量15%的改性PVAc在不同温度下的干燥时间短于未改性PVAc胶黏剂的干燥时间，因此通过MDI改性的PVAc胶黏剂在实际黏接生产过程中，能够提高生产效率，节省时间。

图6 温度与干燥时间的关系

3 结 论

用MDI改性PVAc胶黏剂，目的是提高其黏接性能和耐水性。通过分析不同比例MDI加入量对使用黏度范围、干态强度、湿态强度、吸水率、接触角等方面的影响，找出最佳MDI添加比例，最终确定了加入方案：MDI加入量为15%时，强度和耐水性达到了最好的效果，同时也可提高实际应用效果。