有机硅改性醋丙乳液的制备与性能研究

摘要

目前,纸塑胶粘剂普遍存在粘接力不强等技术难题,通过采用润湿性良好的有机硅氧烷单体对丙烯酸酯、醋酸乙烯酯进行改性,以半连续种子乳液聚合获得高固含量水性乳液,对所得到的聚合物进行表征与性能测试,确定其分子结构,获得其关键性能指标,并摸索出一套较理想的工艺条件；通过测试并分析共聚物乳液的表面性能与剥离强度,研究经有机硅改性聚合物的表面性质与剥离强度之间的关系。主要研究分为三部分:
　　 第一部分:采用醋酸乙烯酯(VAC)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)三元共聚体系制备胶粘剂专用水基乳液。实验采用阴离子和非离子型复合乳化剂,随复合乳化剂用量的增加乳液粘度增加、稳定性提高,但用量过高或过低均会降低粘接强度。在复合乳化剂配比为1:2且用量为单体的6％时,乳液聚合稳定性较好。采用过硫酸钾为引发剂,当引发剂用量为单体的0.8％时,聚合反应的凝胶率最低,当引发剂用量为单体的0.6％时,单体转化率最高。自由基聚合反应中,反应时间越长,单体的转化率就越高,乳液性能越好,但当反应时间大于2h时,对单体转化率的影响已不太大。因此,在生产中控制聚合反应在85℃左右,反应时间2h较适宜。软硬单体配比不同,所得聚合物玻璃化温度不同,乳液的粘接性能有很大差异。随着软硬单体比的增加,乳液对纸张与双向拉伸聚丙烯(BOPP)基材的剥离强度均出现先增大后减小的趋势,在2.0:1.0时达到最大值。
　　 第二部分:采用半连续预乳化聚合法,制得了对低表面能材料(聚丙烯膜)有较好粘结性能的有机硅改性醋丙乳液,通过透射电镜照片可以明显的看出其核壳结构,并且大部分乳胶粒子的直径约为180纳米。将部分VAC单体和引发剂与全部的乳化剂进行预乳化可提高水相中乳化剂分子的浓度,避免聚合反应初期因聚合反应速率较低而出现“起泡现象”,保证起始反应的正常进行,促进反应体系出现“蓝光”,提高单体滴加阶段的聚合稳定性。随着温度的上升,转化率提高,并且有机硅单体的水解缩合速率增大,再加上乳胶粒间的碰撞几率增加,导致凝胶率提高。硅氧烷的添加量控制在10％至30％范围内,可使得乳胶膜的粘接性能有较大提升,其中硅氧烷含量为20％时,剥离强度为10N／2.5cm。
　　 第三部分:乳胶膜的表面自由能随共聚物中有机硅含量的增加而降低,有机硅含量为10％时,表面自由能显著降低;随着有机硅含量的增加,表面自由能降低的趋势有所减缓,当聚硅氧烷含量达50％时,共聚物膜的表面自由能与有机硅聚合物的表面自由能(20.8mN／m)接近。含硅共聚物乳液对BOPP膜进行了部分浸润,并且随着有机硅含量增加,浸润的程度有所加强,随着有机硅含量的增加而先减小后增大,说明有机硅的添加使得共聚物乳液对BOPP膜的浸润性增大,并且随着有机硅添加量的增大乳液对BOPP膜的浸润性也呈现出增大的趋势,这种趋势在有机硅添加量达到30％以上时有所减缓。