聚乙烯醇縮乙醛改性白乳膠研究

陳 娟

（銅川職業(yè)技術(shù)學院，陜西銅川 727031）

聚醋酸乙烯乳膠（簡寫PVAc），是由乙酸乙酯經(jīng)乳化聚合而成的一種乳白色膠體，故稱白乳膠。由于其單體成本低、生產(chǎn)簡單、使用方便、無環(huán)境污染等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于建筑、木材、紙張、紡織等工業(yè)部門。然而，PVAc乳膠抗凍性差，特別是在冬季低溫條件下，會因黏度增高而導(dǎo)致凝膠現(xiàn)象；耐水性差，黏接物在室溫浸泡一定時間后就會失去黏接強度，自然開裂；這些缺陷使得其應(yīng)用受到一定限制。為適應(yīng)不同的需求，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，因而開發(fā)一種含有高分子縮聚物組分的聚乙烯醇縮醛為基料，加入適量的各種添加劑，用它對白乳膠改性，不僅使PVAc乳膠的耐水性得到改善，且提高了白乳膠的黏接強度，是一種簡單、有效、成本較低的改性方法。

1 聚乙烯醇縮醛改性實驗原理

1.1 實驗原理

聚乙烯醇由醛縮合而成，它是熱熔性高分子化合物。外觀為白色或微黃色粉狀物。溶液法制成的薄膜是透明、有韌性、穩(wěn)定的高分子材料。聚乙烯醇縮醛產(chǎn)品分別有聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮乙醛、聚乙烯醇縮甲乙醛、聚乙烯醇縮丁醛等。其結(jié)構(gòu)式如式（1）。

其中R=H即為縮甲醛，R=CH3為縮乙醛，R=C3H7為縮丁醛。

聚乙烯醇縮醛是由聚乙烯醇和醛（甲醛、乙醛、丁醛）在水中以酸為催化劑并在一定溫度下進行縮合反應(yīng)而成。亦可以乙酸乙烯酯為原料，一步法完成水解和縮醛化過程。

聚醋酸乙烯酯反應(yīng)原理：以醋酸乙烯酯作為單體，過硫酸銨作為引發(fā)劑，改性得到的聚乙烯醇縮乙醛作為保護膠體，去離子水作分散介質(zhì)進行乳液聚合，合成聚醋酸乙烯酯乳液膠黏劑。

1.2 實驗原料

實驗原料見表1。

表1 實驗原料

1.3 實驗儀器

實驗儀器見表2。

表2 實驗儀器

2 聚乙烯醇縮乙醛改性白乳膠的制備

2.1 聚乙烯醇溶液的配制

稱取定量聚乙烯醇（14g）和蒸餾水（68mL）放入三口燒瓶中，將三口燒瓶置于水浴鍋內(nèi)，裝好冷凝管，攪拌器，在 40℃ 水浴中攪拌溶解，緩慢升溫至 90℃，直至 PVA 完全溶解，得到無色透明溶液。

2.2 聚乙烯醇縮乙醛的制備

向完全溶解的聚乙烯醇中滴加適量鹽酸，調(diào)節(jié) pH=2，再加入定量乙醛溶液，加畢后在 82℃ 繼續(xù)恒溫攪拌半小時，直至泛白，三口燒瓶中的乙醛反應(yīng)基本完全，立即停止加熱，降溫繼續(xù)攪拌，將溫度降至 66℃ 以下中止縮醛反應(yīng)，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH中性，即得聚乙烯醇縮乙醛液，為無色透明均勻的黏稠液。

2.3 聚乙烯醇縮乙醛對 PVAC乳液的影響

在工藝（2）裝置中加入適量引發(fā)劑過銨溶液、乳化劑 OP-10，用滴液漏斗緩慢滴加乙酸乙烯酯，升溫 72℃ 時滴加剩余乙酸乙烯酯、過銨溶液，并加入 12 毫升水，適量尿素后升溫至 84℃，恒溫攪拌一小時。

在反應(yīng)的不同階段降溫。降溫至 60 ℃，加入鄰苯二甲酸二丁酯 3mL、乙二醇 4mL。降溫至 50 ℃，加入碳酸氫鈉溶液。降溫至 40℃，出料。

3 性能測試

3.1 黏度的測定

采用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式黏度計測試。

3.2 黏接強度的測試

剪切試樣的制作如圖1所示。取10cm×4cm的三合板2塊，擦凈表面，距木塊一端5cm處畫線，稱取膠液0.1g，均勻涂布于另一端5cm×4cm的平整正面板上，留出一端不涂，2塊搭接，按圖示要求將試片疊合黏接成試樣，黏接成剪切受力狀，常溫下留置48h。去除壓力，將黏接好的木塊在拉力試驗機上進行拉伸試驗，試驗溫度200C，試驗濕度20%，標距40mm，試驗速度5mm/min，測定最大拉伸載荷。

圖1 剪切試樣示意圖

3.3 耐水性測試

取4cm×10cm的三合板2塊，擦凈表面，距木塊一端5cm處畫線，稱取少量膠液，均勻涂布于另一端4cm×5cm的平整正面板上，留出一端不涂，2塊搭接，按圖示要求將試片疊合黏接成試樣。將制作的樣品放到常溫水中浸泡，直到樣品開裂，測耐水時間。

3.4 抗凍性測試

將試樣放入冰箱（-4℃）中連續(xù)凍2h，然后從冰箱中取出，室溫下自然解凍，觀察其流動性。

4 PVA與VAC比例對改性白乳膠性能的影響

為了使親水性PVAC聚合物顆粒穩(wěn)定化，一般使用PVA保護膠體，部分醇解的PVA（如1799）可作為VAC乳液聚合的乳化劑使用，它表現(xiàn)出很強的表面活性。本實驗考慮PVA與VAC單體的比例分別為2∶1，2∶2，2∶3，2∶4時，做一系列平行實驗，本實驗控制聚乙烯醇的用量為7ml，改變乙酸乙烯酯用量分別為7mL，14mL，21mL，28mL，研究其對改性白乳膠性能的影響。

4.1 對黏接性能的影響

聚乙烯醇作為保護膠體在乳液中的用量不同，對最終產(chǎn)品的黏接強度有一定影響。本實驗控制聚乙烯醇的用量為7mL，改變乙酸乙烯酯用量分別為7mL，14mL，21mL，28mL，研究PVA用量對改性白乳膠黏接性能的影響，見表1。

表1 PVA與VAC用量比例對改性白乳膠黏接性能的影響

由表1看出，隨VAC用量的增加，最大載荷先增大后減小，PVA與VAC單體的用量比例為2∶2時，曲線達到最大值，改性白乳膠的黏接強度最大。通常聚乙烯醇用量增大，聚醋酸乙烯酯乳液的黏接強度提高。

4.2 對耐水性的影響

PVA與VAC用量比例不同對耐水性影響的實驗結(jié)果如表2所示。

表2 PVA用量對耐水性的影響

由表2可知，聚乙烯醇的用量過大會導(dǎo)致改性白乳膠的耐水性下降，PVA與VAC單體的用量比例為2∶3和2∶4時，產(chǎn)品的耐水性較好。

4.3 對抗凍性的影響

所制得的產(chǎn)品冷凍前后黏度測試結(jié)果如表3。

表3 PVA用量對抗凍性的影響

上述實驗結(jié)果表明，實驗中聚乙烯醇的用量對聚醋酸乙烯乳液黏度影響很大。隨著聚乙烯醇用量增加，產(chǎn)品的黏度均不斷增大，故聚乙烯醇又是聚醋酸乙烯酯乳液的增稠劑。

1799型PVA水溶液耐低溫性差的主要原因是其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基（-OH）官能團，因此，降低其結(jié)構(gòu)中親水性強的羥基官能團含量，可得到耐低溫性好的膠液

選擇適當配比的保護膠體，不僅可有效地提高乳膠粒子的穩(wěn)定性，而且有助于降低體系的黏度。聚乙烯醇用量大，乳液黏度大，耐低溫性能好。

4.4 實驗結(jié)論

聚乙烯醇縮乙醛膠與乙酸乙烯酯單體比例為2∶3時，改性白乳膠具有較好的黏接強度、最佳的耐水性和最好的抗凍性。