CN101210157A - 一种微米纳米材料复合改性的水性粘合剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微米纳米材料复合改性的水性粘合剂。所述的改性水性粘合剂是以乳液粘合剂为基体，选用微米级和纳米级无机粉体为改性剂，制得复合改性的水性粘合剂。该方法不仅能提高水性粘合剂的界面结合力，而且能大大改善其耐水性、韧性和延展性，使水性粘合剂的综合性能提高。

Description

一种微米纳米材料复合改性的水性粘合剂

技术领域

本发明涉及一种含微米纳米材料的水性粘合剂，属于粘合剂技术领域。

背景技术

目前，水性乳液型粘合剂一般都是在适当的聚合条件下，以丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等为主要原料，通过乳液聚合法合成。由于不用或仅含很少量有机溶剂，从而减少了有机溶剂的污染。但水性乳液型粘合剂还有很多不足之处，比如干燥速度慢、耐水性差、特别是乳液粘合剂的粘接强度一直很难有明显的提高。

近年来，用纳米填料对溶剂型粘合剂进行改性的研究取得一些进展，纳米填料的加入使溶剂型粘合剂的界面结合强度、稳定性、耐磨性和耐水性都有很大的提高。而水性乳液型粘合剂方面的改进不大，使用增粘剂可以提高水性粘合剂的结合强度，但作用还是很有限的。

发明内容

针对现有技术上的不足，本发明的主要目的在于制备一种纳米及微米材料复合改性的水性粘合剂，通过纳米及微米材料的复合改性，提高水性粘合剂的剪切强度、韧性、耐水性及延展性，从而使水性粘合剂的综合性能显著提高。

为了实现上述目的，本发明通过以下两步途径实现：(1)在水性粘合剂中加入一定比例的微米级无机粉体材料，以减少水性粘合剂干燥时的收缩率，提高粘结强度。(2)加入一定比例的纳米级无机改性剂，与微米级填料一起形成无机填料网络结构，使应力分布均匀，进一步改善胶粘剂性能。

具体实施方式

本发明所涉及的微米纳米材料改性的水性粘合剂，其特征是：

1.选用的无机纳米材料改性剂主要是指：碳酸钙、高岭土、二氧化硅、硫酸钡、硅灰石、硅酸铝、滑石粉、氧化铝、碳酸镁、硫酸钙、氯化钡其中一种或一种以上的混合物。

2.选用的无机微米材料改性剂主要是指：硫酸钡、硫酸钙、氯化钡、硅酸铝、立德粉、陶土、硅灰石、高岭土、碳酸钙、碳酸镁、白炭黑、二氧化硅微粉、滑石粉、白云石粉、云母粉、碳化硅粉、刚玉粉其中一种或一种以上的混合物。

3.选用的水性粘合剂的乳液是：乳液型粘合剂选自聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯-丙烯酸丁脂共聚乳液、醋酸乙烯-顺丁烯二酸酯乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚乳液、醋酸乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-羟甲基丙烯酰胺共聚乳液、醋酸乙烯-丙烯酸丁酯-羟甲基丙烯酰胺共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯乳液、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、环氧树脂乳液其中一种或一种以上的混合物。

4.水性粘合剂的质量配比为：

A)微米级固体填料粉：15％-25％；

B)纳米级固体填料粉：0.1％-5％；

C)乳液粘合剂：75％-85％。

本发明的制备方法为：取一定量的乳液和微米级粉体充分搅拌混合，待用；取一定量的纳米级粉体置于一定量的水中，利用超声波充分分散，直至呈透明状，成为纳米改性剂分散液；然后取一定量分散好的纳米改性剂分散液加入微米级粉体与乳液的混合物中，充分搅拌，最后即得微米纳米改性的水性粘合剂。

粘合剂基体选用的至少是一种可以用作粘合剂的乳液，优先选择聚醋酸乙烯乳液、聚氨酯乳液，聚醋酸乙烯-乙烯乳液和丙烯酸乳液等。

微米级无机粉体改性剂优先选用的为碳酸钙粉、石英粉、滑石粉、云母粉、碳化硅微粉和刚玉微粉等。

纳米级改性剂优先选用的是碳酸钙、氧化铝、二氧化硅、硫酸钡、硅酸铝、等。

本发明制备的水性粘合剂，通过微米级和纳米级粉体材料的改性，大大提高了水性粘合剂的剪切强度、耐水性、韧性及延展性，因而使水性粘合剂的综合性能提高，应用领域扩大。

对粘合剂试验模块的材料试验机剪切强度试验表明，微纳米改性后的乳液粘合剂比未改性的乳液粘合剂剪切强度提高80％-150％倍。粘结试样的力-位移曲线检测表明，微纳米材料改性粘合剂试验模块达到最大极限应力载荷后，当外应力消除，粘合剂仍然能够达到原有结合强度的88％，体现出纳米改性粘合剂具有很好的韧性。而对照组的普通乳液粘合剂达到最大极限应力载荷后，即发生结合部位断裂，应力消除后无法恢复，韧性不好。模块耐水性试验表明纳米改性粘合剂耐水时间比对照组的不含纳米材料的同类乳液粘合剂提高70倍。

下面以不同制备实施实例进一步阐述本发明。

实施例1：制备滑石粉和纳米碳酸钙改性的水性粘合剂

用天平称取83.18g聚醋酸乙烯乳液和18.01g滑石粉，充分搅拌，待用。取12.4g含纳米硫酸钡粉体5％的分散液加入乳液和滑石粉的混合物中，充分搅拌，即得到性能优良的滑石粉和纳米硫酸钡改性的水性粘合剂。

其中纳米硫酸钡水分散液的制备方法为：将纳米硫酸钡粉体与水按质量5：95的比例在容器中进行28KHz超声波作用下的振荡分散，30-60分钟后制备成均匀的透明或半透明的分散液。

实施例2：

用天平称取80.33g丙烯酸乳液和23.72g碳酸钙微粉，充分搅拌，待用。取15g含纳米二氧化硅粉体6％的分散液加入丙烯酸乳液和碳酸钙微粉的混合物中，充分搅拌，即得到性能良好的微米和纳米粉体改性的水性粘合剂。

其中纳米二氧化硅水分散液的制备方法为：将纳米二氧化硅粉体与水按质量6∶94的比例在容器中进行超声波作用下的震荡分散，30-60分钟后制备成均匀的透明或半透明的分散液。

实施例3：

用天平称取83.18g乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液和22g硅酸铝粉，充分搅拌，待用。取16g含纳米硫酸钡粉体5％的分散液加入乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液和硅酸铝粉的混合物中，充分搅拌，即得到性能优良的改性水性粘合剂。

Claims (5)

1.一种微米纳米材料复合改性的水性粘合剂，其特征在于，在水性乳液型粘合剂中加入微米改性剂和纳米改性剂。

2.根据权利要求1所述的复合改性的水性粘合剂，其特征在于，所述纳米改性剂选自纳米级的二氧化硅、碳酸钙、氧化铝、硅酸铝、碳酸镁、硫酸钡、硫酸钙、氯化钡、氧化铝、高岭土、硅灰石、滑石粉等其中一种或一种以上的混合物，并将该纳米级改性材料制成水分散体使用。

3.根据权利要求1所述的复合改性的水性粘合剂，其特征在于，所述微米级改性剂选自微米级的硫酸钡、硫酸钙、氯化钡、硅酸铝、立德粉、陶土、硅灰石、高岭土、碳酸钙、碳酸镁、白炭黑、二氧化硅微粉、滑石粉、白云石粉、云母粉、碳化硅粉、刚玉粉其中一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的复合改性的水性粘合剂，其特征在于，所述乳液型粘合剂选自聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯-丙烯酸丁脂共聚乳液、醋酸乙烯-顺丁烯二酸酯乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯共聚乳液、醋酸乙烯-氯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-羟甲基丙烯酰胺共聚乳液、醋酸乙烯-丙烯酸丁酯-羟甲基丙烯酰胺共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚乳液、乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸酯乳液、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、环氧树脂乳液其中一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的水性粘合剂，其特征在于水性粘合剂的质量配比为：

A)微米级固体填料粉：15％-25％；

B)纳米级固体填料粉：0.1％-5％；

C)乳液粘合剂：75％-85％。