摘要:以甲苯二异氰酸酯(TDI)為改性劑,對聚乙烯醇膠粘劑改性。研究了聚乙烯醇(PVA)膠水濃度、反應溫度、反應物配比等對膠粘劑性能的影響。研究表明,提高聚乙烯醇膠水的耐水性能的最佳實驗條件為:PVA濃度8%,溫度50℃,TDI最佳用量15滴/100mL。
    關鍵詞:甲苯二异氰酸酯;聚乙烯醇;膠粘劑

    聚乙烯醇(PVA)膠水對木材、紙張、纖維、水泥、陶瓷等极性材料具有較強的粘結力,但耐水性能差,影響其用途。通過醚化、酯化、縮醛化或硼砂等交聯劑交聯等方法都能在一定程度上提高其耐水性。二异氰酸酯(TDI)交聯PVA,可明顯提高粘結力和耐水性能[1,2],但易凝膠。同時加入某些聚合物,雖取得了較好效果[3～5],但對成本和工藝等方面有影響。本實驗是把TDI与PVA交聯產物涂在滌塔夫布上再對布進行各种處理,根据膠水在布上的附著率來判斷膠水的耐水性能。研究PVA膠水濃度、反應溫度、反應物配比等對反應的影響。發少量的TDI的加入,既不影響PVA膠水的穩定性,還能較大程度提高其耐水性能。
    1　實驗部分
    1.1　試劑与儀器
　　PVA-1799、十二烷基硫酸鈉、甲苯二异氰酸酯(TDI)均為化學純。JPT-5型托盤天平;LAC系列電子分析天平;涂-4粘度計。
    1.2　實驗方法
    1.2.1　PVA膠水的配制　 用天平稱量一定量的PVA(2000型)加到250mL的三頸燒瓶中,再向瓶中加入一定量蒸餾水,將瓶置于水浴鍋中加熱至沸,并不斷攪拌,保持恒沸2～3h,然后冷卻至所需溫度。PVA膠水濃度選取5%～10%。
    1.2.2　PVA膠水的改性　 在PVA膠水中加入0.1g十二烷基硫酸鈉表面活性劑,攪拌20min;取一定量的TDI滴加到PVA水溶液中,繼續攪拌20min。
    1.2.3　耐水性能實驗　 將膠水樣品均勻涂在已稱重的滌塔夫布上,自然風干后放入烘箱(100℃)烘30min后稱重,然后將布進行水洗、熱水洗、洗洁精洗,并分別進行烘干,稱重。
    膠水附著率計算如下:膠水附著率=(M2-M1)/M1×100%
    式中　M1———未涂膠水的布的質量;
　  M2———處理過的布的質量。
    2　結果与討論
    2.1　膠水最佳濃度選擇
    2.1.1　膠水濃度對產品粘度的影響　
    恒定TDI配比為TDI/PVA為0.2%,反應溫度50℃,改變PVA膠水濃度,進行實驗,結果見圖1。
          
　　由圖1可知,涂-4粘度劑測量的時間隨PVA膠水濃度的增大而增大,即PVA膠水濃度越大其粘度越大。
    2.1.2　膠水濃度對產品附著率的影響　在冷水處理情況下,所獲得結果見圖2。
            
　　由圖2可知,經冷水處理后,從整体來看,膠水在布上的附著率隨PVA膠水濃度的升高而增大,在PVA膠水濃度為8%時出現极大值。說明膠水在冷水中的溶解度隨PVA膠水濃度的升高是逐漸減小的,但在PVA膠水濃度為8%時,膠水在冷水中的溶解度最小。經熱水和洗洁精處理后,結果見圖3。
             
　　由圖3可知,經熱水和洗洁精處理后,膠水在布上的附著率隨PVA膠水濃度的變化趨勢与圖2相似,在PVA膠水濃度為8%時出現最大值。說明膠水在熱水中的溶解度隨PVA膠水濃度的升高是逐漸減小的,在PVA膠水濃度為8%時,膠水在熱水中的溶解度最小。所以,我們選擇8%作為PVA膠水進行改性研究。
    2.2　實驗溫度的選擇
    2.2.1　溫度對產品粘度的影響　PVA膠水濃度為8%,TDI濃度TDI/PVA=0.2%,反應溫度對產品粘度的影響見圖4。
              
　　由圖4可知,涂-4粘度計測量的時間隨實驗溫度的升高而降低,表明實驗溫度越高,PVA膠水粘度越小。
    2.2.2　溫度對產品附著率的影響　
    在冷水處理情況下的測量結果見圖5。
               
　　由圖5可知,經冷水處理后,膠水在布上的附著率隨著溫度的升高先減小后增大,其中在20℃和50℃時附著率較大。
              
　　經熱水和洗洁精處理后,膠水在布上的附著率隨溫度的變化趨勢与圖5相似,20℃和50℃時附著量較大。經多次實驗,在保証不凝膠的要求下,溫度必須控制在60℃以下。溫度稍高,則交聯反應進行的几率增大,易凝膠;若再增高,与水溶劑發生副反應,膠液將有沉淀顆粒產生。我們的實驗選擇溫度范圍在20～50℃。由圖5、圖6可知,1號和4號的實驗結果較好,無論是冷水洗、熱水洗還是洗洁精洗,膠水在布上都能夠保持較高的附著率。為了保証實驗重現性及工厂操作方便,我們選擇50℃作為最佳實驗溫度。
    2.3　TDI最佳濃度的選擇
    2.3.1　TDI濃度對產品粘度的影響　
    PVA膠水濃度為8%,實驗溫度50℃,通過改變TDI濃度,進行實驗,結果見圖7。
             
　　由圖7可知,膠水粘度隨TDI濃度的增加呈現不規則變化,在TDI增加到第16滴時出現极大值,表明此時所制膠水粘度最大。
    2.3.2　TDI濃度對產品附著率的影響　
    在冷水處理情況下的測量,結果見圖8。
               
　　由圖8可知,經冷水處理后,膠水在布上附著率隨TDI濃度的增大呈現不規律的變化,在TDI增加到第15滴時出現极大值,表明此時所制膠水在冷水中的溶解度最小。
             
 　　經熱水和洗洁精處理后,膠水在布上附著率隨TDI濃度的增大同樣無規律可循(見圖9),同樣是TDI增加到15滴時出現极大值,与在冷水中的情況相似。因此,我們可以選擇TDI的最佳值為15滴。
    3　結束語
　　在實驗條件下,一定量的TDI加入PVA膠水中,配置成乳膠液,可顯著提高膠水的耐水性能。最佳實驗條件為:PVA濃度8%,溫度50℃,TDI最佳用量15滴/100mL,可用于制備耐水性較好的PVA粘膠劑和涂料。