泡花碱和己二异氰酸酯同时对聚乙烯醇胶水改性的研究

1、泡花碱和己二异氰酸酯同时对聚乙烯醇胶水改性的研究?26?chinaadhesesv01.12nq.3泡花碱和己二异氰酸酯同时对聚乙烯醇胶水改性的研究.夏赤丹,谌洁,余汉年,范汉元2(1.江汉大学化学与环境工程学院,湖北省武汉市430059;2.武汉市第一轻工业学校,湖北省武汉市430051)摘要:采用正交实验法探讨己二异氰酸酯(hdi)和泡花碱共同对聚乙烯醇(pva)胶水进行交联改性.讨论其反应的原理,合成方法,粘结性能及其耐水性能.本研究结果获得一种耐水性能和粘结性能优良的聚乙烯醇类粘合剂.关键词:粘合剂;己二异氰酸酯(hdi);聚乙烯醇;泡花碱中图分类号:tq436.5文献标识码:a文章编

2、号:10042849(2003)03002604聚乙烯醇(pva)是一种多羟基的高分子化合物,能溶于热水,其浓胶水对木材,纸张,纤维,水泥,陶瓷等都具有较强的粘合力.pva胶水由于合成制备方法简单,水为溶剂,无毒无害,被广泛用于粘合剂,建筑涂料和建筑胶水.但其耐水性能差,粘结强度不高等缺点限制其应用.通常改进方法是利用pva链上的一oh基团发生化学反应,转化为耐水性基团;或者加入交联剂,发生交联反应.近几年,我们用二异氰酸酯交联pva胶水方面取得了进展l”j,本文报道我们采用1,6一己二异氰酸酯(hdi)和泡花碱同时对pva胶水进行交联改性的研究.l实验部分1.1主要原材料和设备聚乙烯醇179

3、9型云南云维股份有限公司产;己二异氰酸酯工业级,进口,双虎涂料股份公司分装;泡花碱工业级,武汉化工厂产;表面活性剂txl0国产,工业级;棉布符合gb7576规定的纯棉平纹织物;胶合板符合gb9846规定的l类l级三层胶合板;拉力试验机gb261l型,江阴科研机械厂制造.1.2实验方法1.2.1粘合剂的制备称取12gpva,加到内装20oral沸水的烧杯中,保持沸腾直至pva完全溶解,补足水至20oral,这时pva胶水浓度近似为6%.在搅拌下加入10mg表面活性剂tx一10,冷却至交联反应所需温度,滴加入实验所设定剂量的hdi和泡花碱,然后继续搅拌30rain.1.2.2耐水性能测试采用溶剂萃

4、取法测试用本实验方法合成的粘合剂的耐水性能j.将纯pva胶水和样品胶水涂在已称重的表面皿上,自然风干48小时,再在80干燥箱内干燥l2小时.然后将所有样品膜(附在表面皿上)浸泡在90的恒温水槽内.约1.5h后,纯pva膜片刚好全部溶解时,取出所有样品膜,自然风干48h,80ci=条件下干燥12h,然后称重.以下式计算粘合剂的固化率,据此衡量和比较其耐水性能:固化率(%)=100%1.2.3粘合剂180.剥离强度的测定【5j按<中华人民共和国建筑行业标准)jc43891所规定的方法测定.被粘基材为棉布和胶合板,棉布符合国标gb7565的要求,胶合板符合国家标准gb9846的要求.测定结果为

5、五次测定结果的平均值.1.3正交实验设计在大量的摸索实验基础上,确定交联反应的温度,交联剂hdi和泡花碱等三个影响本交联反应的主要因素为正交实验的因素,每因素选取四个水平,按正交实验l16(4)设计l6次实验.每次实验合成的粘合剂的固化率和180o剥离强度作为实验检验结?收稿日期:20o20923本研究为武汉市重点攻关计划项目,项目编号:981005164作者简介:夏赤丹(1947一),副教授,自1981年始一直在江汉大学从事有机化学与高分子材料方面的教学和科研工作.第12卷第3期中圜胶粘剂?27?果.正交实验因素及其水平的选取,见表1正交实验因素表.正交实验中,pva的浓度全部为6%,搅拌速

6、度为250r/rain,反应时间为30rain.表1正交实验因素表2结果与讨论2.1正交实验具体设计方案及其固化率和180.剥离强度测定结果见表2.表2正交实验表及固化度,捌离强度检测结果编号)b(%)c()(%)强)llol255.7914.62104774.4319.03lo7l275.1ll4.o410101781.46l5,4520l773.67l4.o62041274.31l1.77207l773.8617.9820lo269.57l2.5930ll280.4714.6lo304l785.63.l4.8ll3o726s.29l3.2l230lo772.47l2.7l34oll7.78

7、.19l3.ol44o4261.o319.0.l54o7763.37lo.9l64olol2.00l1.4xlj一71.7o68.9968.97x2j72.8576.1068.98x76.7l.73.2570.43*表示该因素中最佳水平的平均)68.9071.8879,79.值rj7.817.1ll0.82*,依次为四水平固化度和yu514.83y2j14.0316.2014.23180o晕i离强度的平均值,rj为极y3j13.8314.0012.93差.y4j13.5813.0015.28.rj52.2加入泡花碱后引起的化学反应hdi和泡花碱交联pva

8、胶水体系中,hdi活性强,常温下与pva分子链上的一oh基团反应,交联pva,生成聚乙烯醇己二氨基甲酸酯;还与溶剂水反应生成己二胺,脲,放出co2气体,为主要付反应,反应温度升高,反应速率加快【6j.体系中加入泡花碱,还可能发生如下反应,反应式中泡花碱用原硅酸表示:(1)泡花碱交联pva分子链:露ohitok/oh串<o(2)泡花碱与hdi发生交联反应:/nc三+/.o:+ocn一(hdi)硅酸)hdic6/ii二三二兰ii二o(交联产物)o(3)泡花碱还可与hdi交联pva的产物聚乙烯醇己二氨基甲酸酯反应:00fo-c+h0i/伽oh0h儿v”uu儿o.h0-4ho-si-o-c.nh

9、_(-十ci2十i.瑚嶂一,oih3hunun己二氨基甲酸=原硅酸醋pva反应(1)将pva交联成更大的高分子并减少pva链上的亲水基团羟基,有利于pva胶水的耐水性能和粘结性能的提高.反应(2)则消耗反应体系中交联剂己二异氰酸酯.反应(3)使己二异氰酸酯交联pva的产物离解出pva.如果控制合适的条叫伽藏-硅.晤/胁肿?28?chinaadhesivesv01.12no.3件,在己二异氰酸酯交联pva粘合剂体系加入一定量的泡花碱,既能提高耐水性能和粘结性能,又能反应掉残存的交联剂,缓解其凝胶的问题和稳定性.2.3粘合剂中pva固化程度用本实验设计的方法检测pva胶水的固化率直接与胶水施用后的

10、耐水性能相关.将表2中实验结果进行正交实验分析,如图l,图2,图3所示.,-一瓣晤010203040温度图1温度因子水平与固化率关系锝80晤7014710(%)泡花碱(%)图2泡花碱因子水平与固化率关系甜80晤70271217o6o)hdi的浓度图3hdi浓度因子与固化率关系从表2中可看出,第l0号实验是正交实验中固化率结果最高的(85.63%).可以认为是胶膜耐水性能最好的,其配比为:a3b2c4,(温度30,泡花碱加入量为4%,hdi加入量为17%o).从极差rj看,c因子对实验固化率测定结果影响最大,即hdi的加入量对胶膜耐水性能影响最大.从图l中可看出,在较低温区域,随合成反应温度的升

11、高,固化率增大.而在较高温区域,合成反应温度升高,固化率快速下降.可能是随合成反应的温度的升高,hdi与溶剂水所发生的付反应和泡花碱与肋i交联pva的产物聚乙烯醇己二氨基甲酸酯反应的速率增大程度,超过玎)i交联pva反应的速率.从图2中可看出,泡花碱的加入量对胶膜的固化率影响不大.泡花碱加入量过大,使得付反应增大,反而影响lidi交联pva反应.从图3中可看出,反应体系中,hdi的浓度增大,固化率也随之增大,粘膜耐水性能也随之提高.但考虑粘胶的适用性能,hdi的浓度应控制在1.7%以内.2.4180.剥离强度检测结果分析180.剥离强度检测结果反映该粘合剂的粘结性能.将表2中实验结果进行正交实

12、验分析,如图4,图5,图6.从表2中可以看出,2号和l4号样品,180.剥离强度检测结果均为19n/25mm,为测定结果中最大值.其因子水平为:a1b2c2(10c,4%,7%.)和b2c1(40oc,4%,2%0).从极差ri分析,各因子影响几乎差不多.102030400c)温度图4温度因子水平对180剥离强度的影响粘结性能,同时可缓解粘胶的凝胶问题,增大其稳定性能.该研究结果可用于制备一种不含甲醛的建筑装饰用和其它方面用途的乳胶.在本实验范围,改进pva胶水耐水性和提高271217(,hdi的加入量图6hdi的加入量因子水平对180剥离强度的影响从图4可得知,交联反应的温度升高,粘胶180

13、剥离强度反而下降,这可能是温度升高付反应速率456夏赤丹,余汉年,张雄杰.甲苯二异氰酸醋和硼砂交改性聚乙烯醇胶水的研究j.胶体与聚合物1999,(3):1214.jca3891<中华人民共和国建材行业标准>水溶性乙烯醇缩甲醛胶粘剂s.李绍雄,刘益军编着,聚氨醋胶粘剂m.北京:化学业出版社l998.2o一23,6364.studyonthemodificationofpolyvinylalcoholgluebywaterglassandhexadiisocyanatex/achi.dan,chen,yuhan.nian,fanhan.yl1.alt(1.collegeofchemic

14、alandenvlmnmentalengineeringjanghaiiuniversity,wuhan,430059,china;2.wuhanfirstlightindustryschool,wuhan,430051,china)泡出乙一同联l7聚-i-abstract:itisdiscussedthatcids8?linkingmodificationofpolnylalcohol(pva)gluewithbothhexadiiso-eyanate(hdi)andwatergl嘲bytheorthogonalmatrixexperimentalmethod.inthispaperthereactionprinciple,syn-theticmethodsandeffectsamountofthewaterglassandhexadiisocya