[00697416]多功能水性胶黏剂的研制

该课题研究领域为胶黏剂领域.用乳液聚合物性能的可设计性和乳液优良的配伍性,将不同的聚合物乳液进行复合,可制备出性能各异的水性胶黏剂.基于环保、低排放的循环经济发展要求,开展一种环保无毒、粘接力强、耐水性能出色、应用广泛的多功能水性胶黏剂的研究.1.立项背景：中国木材加工工业中使用胶黏剂的数量约占合成胶黏剂总量的75%,是应用胶黏剂最多的工业部门.脲醛树脂胶黏剂占人造板用胶量的90%以上.以脲醛树脂胶黏剂为代表的"三醛"胶尽管使用方便、价格低廉,但难以解决其使用过程中游离甲醛释放的问题.当前中国95%以上的软包装生产采用的是溶剂型胶黏剂,这类胶黏剂在粘合过程中大部分挥发,但是仍有有机溶剂的残留不断向人们活动的密闭空间内释放,对人们的身体健康造成危害.市售水性胶黏剂(如白乳胶),均为单一乳液和辅料构成,存在粘接力较低、快干,特别是耐水性差的问题.鉴于胶黏剂领域存在的上述问题,开展一种环保无毒、粘接力强、耐水性能出色、应用广泛的多功能水性胶黏剂的研究有重要意义.主要研究内容：溶剂型胶黏剂残留溶剂含量测定 溶剂型胶黏剂存在有机溶剂挥发污染环境的问题,这种胶黏剂使用后虽然短时间内大部分挥发,但仍有部分有机溶剂在很长时间内缓慢散发到所在空间中.实验选取市售溶剂型丙烯酸酯胶黏剂,模拟使用后残留的溶剂的挥发状况,利用气相色谱分析方法对胶黏剂中有机溶剂的含量做定量分析,作为与水性胶黏剂的参照以及其应用过程中的参考. EVA乳液与PU乳液共混体系相容性研究 聚合物乳液共混稳定性是乳液复配的前提条件,制得不同比例的EVA/PU共混乳液,考察不同配比共混乳液体系的静置稳定性、剪切稳定性及共混体系相容性,选择效果较好的共混乳液组合.EVA乳液与PU乳液共混体系稳定性考察 EVA乳液与PU乳液相容性乳液决定了共混体系的贮存稳定性,进而影响乳液对界面的黏附力.控制体系pH在3-7范围内,将不同比例的两种乳液混合,考察不同配比共混乳液体系的静置稳定性.不同EVA乳液、PU乳液粘接性能的测定 以木材作为粘接对象,由不用EVA、PU乳液测试,优选较好的黏附效果的EV1和PU乳液共混方案.不同EVA/PU比例的共混体系粘接性能的测定 根据对EVA、PU乳液的筛选结果,考察不同配比EVA/PU对基材的粘合结果.结合试验结果和成本因素,EVA/PU比例以大于45:55为宜.共混体系构成的优化 以黏度、固含量、粘接强度、成本等为考察因素优化共混体系的构成比例.共混乳液黏度测试以表示其施工性能,固含量测试可以表示胶的干燥速度(开放时间).测试胶膜强度以表示胶膜的内聚强度,粘接强度的测试则表示胶与基材的结合效果.填料对共混体系粘附性能的影响 为考察不同填料对胶黏剂的粘接强度和内聚强度的影响,实验以EVA:PVA:填料=45:30:25为共混体系,选取淀粉和CaCO<'3>(均25份)为填料,考察体系的粘附效果.以CaCO<'3>为填料时的内聚强度和粘接强度均较大.PVA的加入量对体系粘附性能的影响 当PVA添加量大于30%时,体系黏度明显变大,施工不方便,开放时间过长,干燥速度慢.同时,PVA含量过大,体系的内聚力较差,容易发生粘附过程中的内聚破坏.因此PVA溶液添加量以20-30%为宜.不同聚合物乳液的选取 EVA和PVAc强度较为接近,PU强度最大;市售白乳胶中常用的PVAc耐水性较差,这也是水乳胶的主要问题所在,在本体系中将不再考察.因此,该胶黏剂体系中主体材料由EVA和PU构成.共混体系各组分优化 综合粘接性能和胶黏剂的使用性能指标,根据粘接强度、耐水性、成本和固含量综合考虑,胶黏剂组方定为:EVA乳液 20-25份;PU乳液20-25份;PVA溶液25-30份;添加剂小于1份;其余为CaCO<'3>.胶黏剂体系低温粘结性能及其应用的优化：EVA、PU加入量对体系低温粘接性能的影响 取优化后共混组方,在-10℃温度下测定粘接性能;改变组方优化该黏合剂体系的低温粘附性能,并同市售胶黏剂做比较,胶黏剂体系具有较好的低温使用性能,比市售白乳胶低温粘接强度大50%以上.胶黏剂体系对多种基材的粘接性能考察 考察胶黏剂对难粘基材的粘结性能;从成本的角度对该胶黏剂体系与市售胶黏剂进行对比分析,该胶黏剂体系对PE/无纺布、PE/纸等基材的粘接性能较丙烯酸乳液大30%左右.胶黏剂体系的成本估算：该胶黏剂体系中各主要成分的成本价如下:EVA乳液 8000-10000元/t;PU乳液 35000-45000元/t;轻钙(1250目)800元/t;PVA13000-15000元/t.成本价格等于或低于11400元,比白乳胶价格略高,相对于丙烯酸乳液价格略低.在成本价格基本持平而粘接效果明显提高的情况下,该胶黏剂体系将具有明显的市场竞争优势.主要进展及创新：该胶黏剂体系中不含有机溶剂,无刺激气味,符合环保要求.它由多组分共混制备,弥补当前单一乳液体系不足,具有较强的耐水性.低温粘附性优良,粘接强度大.不仅对表面能较大的木材粘接强度大,而且对表面能较低的基材(PE/无纺布、PE/纸)同样具有较好的粘接强度.胶黏剂涂覆后开放时间短,利于自动化生产线施工.同时成本适中,市场竞争力强.应用推广情况及对行业技术进步的推进作用：应用该成果能降低生产过程中对生产人员身体的危害,无有机溶剂释放,环保无毒.乳液体系的稳定性好,组方可调节性强,对多种难粘基材粘附性好;能根据不同生产条件,调整乳液的开放时间;低温适应性好,满足低温环境条件下对其粘接强度的要求,可代替市售塑膜包装用溶剂型胶黏剂;耐水性好,能适应一定湿度环境对胶黏剂的粘附性要求;产品价格低于市售溶剂型胶黏剂,与现有水性胶黏剂持平,实现了性能优、成本低、和环保无毒.所以其产业化前景好,具有较高的推广价值.优化得出较优组方主要技术指标:黏度7000-9000cps;固含量45%-50%,开放时间大于10s小于40s,不含有机溶剂.水中浸泡8小时开裂率小于10%,耐水性大大优于现有水胶.低温粘附性优良,-10℃储存粘接强度比市场上白乳胶粘接力大50%.对PE/无纺布、PE/纸等基材的粘接性能较丙烯酸乳液大30%左右.该课题研制产品在博兴力高粘合剂有限公司、愉悦家纺、华凤木器、金明纸品等开展中试及推广应用,相对于其它类型胶黏剂,成本适中,而粘接性能显著增强,产品利润率高.水胶生产线投产以来运行稳定,产品合格率较高,达到95%以上.该种胶黏剂可减少有机溶剂的使用带来的环境危害,减少加工过程中对工人身体的伤害,有利于经济社会的可持续发展;在木材粘合领域占领高端市场,达到产品出口环保标准;适应当前胶黏剂应用行业发展的需求,提高产品的质量和附加值,加速产品的升级和换代.