CN105601774A - 玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂及其制备方法，该乳液粘结剂由下述重量百分比的组分制成：40～50%的醋酸乙烯酯单体；0.5～1%的保护胶体A；0.5～1%的保护胶体B；1～3%的乳化剂；0.15%～0.4%的引发剂；0.1～0.2%的pH调节剂；0.05%～0.2%的氧化剂；0.05%～0.2%的还原剂；10～20%的增塑剂；35%～40%的去离子水。由本发明的乳液粘结剂制成的玻璃纤维短切原丝毡具有拉伸强度高、毡面柔软度好、在不饱和聚酯树脂中浸透速度快等优点，可以应用于高档玻璃纤维短切原丝毡的生产中。

Description

玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种粘结剂及其制备方法，具体涉及一种玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维短切原丝毡是玻璃钢复合材料的一种重要增强材料，广泛应用于玻璃钢船体、玻璃钢板材等的制造。它是将玻璃纤维原丝短切成一定长度并随机无定向均匀分布，然后施加适当的化学粘结剂，再经烘干、冷压、冷却而制成的毡状产品。其中粘结剂对玻璃纤维短切原丝毡的内在性能（包括毡的强度、柔软性和浸透性）有着很大影响。
玻璃纤维短切原丝毡用的粘结剂主要包括粉末粘结剂和乳液粘结剂两大类，其中粉末粘结剂只在部分的玻璃纤维纱的交叉点上有粘结剂，粘结点少，容易掉纱；而乳液粘结剂的特点则是粘结状态好，不容易掉纱，使用方便。
目前，玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂主要包括聚酯树脂乳液和聚醋酸乙烯酯乳液两大类，聚酯树脂乳液浸透性相对较好，粘结性相对较差；聚醋酸乙烯酯乳液粘结性相对较好，浸透性相对较差，而且成毡后的制品偏硬，手感较差。
中国专利文献CN104558320A公开了一种聚醋酸乙烯酯乳液，该乳液是由25wt%～50wt%的醋酸乙烯酯单体、30wt%～50wt%的分散介质、≤10wt%的保护胶体、1wt%～5wt%的乳化剂、0.1wt%～0.2wt%的引发剂、0.1wt%～0.2wt%的pH调节剂以及5wt%～40wt%的增塑剂通过常规乳液聚合工艺聚合而成。其中，分散介质为水，保护胶体为聚乙烯醇，乳化剂为非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚和阴离子型乳化剂烷基酚醚硫酸铵盐的混合物，引发剂为过硫酸铵，pH调节剂为碳酸氢钠，增塑剂是由苯酐、己二酸和戊二醇、二甘醇进行酯化反应得到的分子量700-1000的聚酯增塑剂。该聚醋酸乙烯酯乳液的不足在于：（1）单独采用聚乙烯醇作为保护胶体，这样会影响成品在树脂中的浸透速度，而且由于聚合过程中大量的接枝反应，导致毡面变硬。（2）由于玻璃纤维表面存在着大量的负离子电荷，阴离子/非离子复配乳化剂中的阴离子乳化剂会导致玻璃纤维表面与乳胶粒表面电荷相斥，影响粘结强度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种粘结强度较高、浸透速度较快的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂及其制备方法。
实现本发明上述目的的技术方案是：一种玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂，它是由下述重量百分比的组分制成：40～50%的醋酸乙烯酯单体；0.5～1%的保护胶体A；0.5～1%的保护胶体B；1～3%的乳化剂；0.15%～0.4%的引发剂；0.1～0.2%的pH调节剂；0.05%～0.2%的氧化剂；0.05%～0.2%的还原剂；10～20%的增塑剂；35%～40%的去离子水。
所述的保护胶体A为聚乙烯醇，其牌号为BP-05、BP-17、BP-20、BP-24中的两种或者两种以上的混合物。
所述的保护胶体B为阿拉伯胶。
所述的乳化剂为德国巴斯夫公司生产的乳化剂PE-6800。
所述的引发剂为2,2’-偶氮（2-甲基丙基脒）二盐酸盐（AIBA）或者偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐（AIBI）。
所述的pH调节剂为碳酸氢钠。
所述的氧化剂为叔丁基过氧化氢。
所述的还原剂为甲醛合次硫酸氢钠。
所述的增塑剂为由顺丁烯二酸酐、己二酸、一缩二乙二醇以及丙二醇缩聚制得的酸值为10～15mgKOH/g、数均分子量为2000～3000的聚酯增塑剂；其中顺丁烯二酸酐与己二酸的摩尔比为1∶2，一缩二乙二醇与丙二醇的摩尔比为3∶2，醇酸摩尔比为1.6～1.8。
上述玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法，具有以下步骤：
①向反应釜中加入适量去离子水，搅拌下缓慢加入保护胶体A和保护胶体B，然后缓慢升温至80～95℃，保温2～5h；
②将反应釜内的物料降温至40～50℃，加入乳化剂和pH调节剂，待其完全溶解后预投少量醋酸乙烯酯单体，然后升温至60～65℃，加入预投引发液，继续升温至70～75℃，同时滴加剩余醋酸乙烯酯单体和剩余引发液，滴完升温至72～78℃保温0.5～2h；
③将反应釜内的物料降温至60～65℃，先同时滴加氧化液和还原液，滴完保温0.1～1h；然后缓慢滴加增塑剂，滴完保温0.1～1h，最后降温至45℃，出料，即得乳液粘结剂。
上述步骤①中所述的适量去离子水为去离子水总量的70～90%。
上述步骤②中所述的少量醋酸乙烯酯单体为醋酸乙烯酯单体总量的5～10%。
上述步骤②中所述的预投引发液为引发液总量的10～40%；所述的引发液由引发剂与10～30倍用量的去离子水组成。
上述步骤③中所述的增塑剂的制备方法如下：将顺丁烯二酸酐、己二酸、一缩二乙二醇以及丙二醇加入到反应装置中，其中顺丁烯二酸酐与己二酸的摩尔比为1∶2，一缩二乙二醇与丙二醇的摩尔比为3∶2，醇酸摩尔比为1.6～1.8，搅拌下通入氮气，升温至190～200℃反应10～15h，得到酸值为10～15mgKOH/g、数均分子量为2000～3000的聚酯增塑剂。
本发明具有的积极效果：（1）本发明的乳液粘结剂采用聚乙烯醇与阿拉伯胶两种保护胶体，一方面，阿拉伯胶的加入能够保证最终成品在不饱和聚酯树脂中具有较快的浸透速度，而且还能够减少聚乙烯醇的用量；另一方面，采用阿拉伯胶作为保护胶体合成的聚醋酸乙烯酯乳液粒径较大，而粒径较大的乳液粘结剂其粘结强度更高。（2）本发明的乳液粘结剂采用AIBA/AIBI作为引发剂，它们相比于过硫酸铵具有更低的引发分解温度，更适于低温聚合，从而可以生产出高线性、高分子量且带有弱阳离子电荷的聚合物，从而进一步提高了粘结强度。（3）本发明的乳液粘结剂采用PE-6800作为乳化剂，这样能够避免阴离子乳化剂对粘结强度的影响。（4）由本发明的乳液粘结剂制成的玻璃纤维短切原丝毡具有拉伸强度高、毡面柔软度好、在不饱和聚酯树脂中浸透速度快等优点，可以应用于高档玻璃纤维短切原丝毡的生产中。
具体实施方式
（实例1）
将顺丁烯二酸酐、己二酸、一缩二乙二醇以及丙二醇加入到反应装置中，其中顺丁烯二酸酐与己二酸的摩尔比为1∶2，一缩二乙二醇与丙二醇的摩尔比为3∶2，醇酸摩尔比为1.7，搅拌下通入氮气，升温至195℃反应12h，得到酸值为12～13mgKOH/g、数均分子量为2500～2600的聚酯增塑剂。
（实施例1）
本实施例的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂由下述重量百分比的组分制成：42%的醋酸乙烯酯单体；0.44%的聚乙烯醇BP-05和0.36%的聚乙烯醇BP-20；0.7%的阿拉伯胶；1.9%的乳化剂PE-6800；0.25%的引发剂AIBA；0.15%的pH调节剂碳酸氢钠；0.1%的氧化剂叔丁基过氧化氢；0.1%的还原剂甲醛合次硫酸氢钠；16%的实例1制得的聚酯增塑剂；38%的去离子水。
上述玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法具有以下步骤：
①向反应釜中加入155kg的去离子水，搅拌下依次缓慢加入2.2kg的聚乙烯醇BP-05、1.8kg的聚乙烯醇BP-20以及3.5kg的阿拉伯胶，搅拌均匀后缓慢升温至90±1℃，并在此温度下保温反应3h。
②将反应釜内的物料降温至45±1℃，加入9.5kg的乳化剂PE-6800和0.75kg的pH调节剂碳酸氢钠，待其完全溶解后预投15kg的醋酸乙烯酯单体，然后升温至63±1℃，加入占引发液（由1.25kg的AIBA与25kg的去离子水配制而成）总量的20%的预投引发液，继续升温至71±1℃，在5h内同时滴加剩余醋酸乙烯酯单体（195kg）和剩余引发液（总量的80%），滴完升温至75±1℃保温反应1h。
③降温至62±1℃，先在0.5h内同时滴加氧化液（由0.5kg叔丁基过氧化氢与5kg去离子水配制而成）和还原液（由0.5kg甲醛合次硫酸氢钠与5kg去离子水配制而成），滴完保温0.5h；然后在1h内滴加80kg实例1制得的聚酯增塑剂，滴完保温0.5h，最后降温至45℃，出料，即得乳液粘结剂。
（实施例2～实施例3）
各实施例与实施例1基本相同，不同之处见表1。
表1
（测试例）
测试各实施例制备的乳液粘结剂的相关性能，结果见表2。
（应用例）
将各实施例制备的乳液粘结剂用于生产450g/m2的玻璃纤维短切原丝毡，测试该玻璃纤维短切原丝毡的拉伸强度以及在树脂中的浸透性能，结果仍见表2。
表2
实施例1 实施例2 实施例3
粘度（mPa·s） 2750 4330 3670
固含量（%） 61.6 62.1 61.2
粒径（μm） 4.2 4.5 4.7
拉伸强度（kN/m2） 141 152 137
不饱和聚酯树脂（191#，s） 33 45 40
（对比例1～对比例3）
各对比例与实施例1基本相同，不同之处见表3。
表3
实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
保护胶体 2.2kg聚乙烯醇BP-05、1.8kg聚乙烯醇BP-20、3.5kg阿拉伯胶 4.0kg聚乙烯醇BP-05、3.5kg聚乙烯醇BP-20 2.2kg聚乙烯醇BP-05、1.8kg聚乙烯醇BP-20、3.5kg阿拉伯胶 4.0kg聚乙烯醇BP-05、3.5kg聚乙烯醇BP-20
乳化剂 PE-6800 PE-6800 非离子型乳化剂+阴离子型乳化剂 非离子型乳化剂+阴离子型乳化剂
引发剂 AIBA AIBA 过硫酸铵 过硫酸铵
（对比测试例）
测试各对比例制备的乳液粘结剂的相关性能，结果见表4。
（对比应用例）
将各对比例制备的乳液粘结剂用于生产450g/m2的玻璃纤维短切原丝毡，测试该玻璃纤维短切原丝毡的拉伸强度以及在树脂中的浸透性能，结果仍见表4。
表4
实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
粘度（mPa·s） 2750 3890 3040 4170
固含量（%） 61.6 61.3 60.8 60.5
粒径（μm） 4.2 1.1 4.1 0.8
拉伸强度（kN/m2） 141 105 125 98
不饱和聚酯树脂（191#，s） 33 85 38 93

Claims (9)

1.一种玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂，其特征在于它是由下述重量百分比的组分制成：40～50%的醋酸乙烯酯单体；0.5～1%的保护胶体A；0.5～1%的保护胶体B；1～3%的乳化剂；0.15%～0.4%的引发剂；0.1～0.2%的pH调节剂；0.05%～0.2%的氧化剂；0.05%～0.2%的还原剂；10～20%的增塑剂；35%～40%的去离子水；
所述的保护胶体A为聚乙烯醇，所述的保护胶体B为阿拉伯胶。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂，其特征在于：所述的乳化剂为非离子型乳化剂。
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂，其特征在于：所述的引发剂为2,2’-偶氮（2-甲基丙基脒）二盐酸盐或者偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐。
4.根据权利要求1所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂，其特征在于：所述的增塑剂为由顺丁烯二酸酐、己二酸、一缩二乙二醇以及丙二醇缩聚制得的酸值为10～15mgKOH/g、数均分子量为2000～3000的聚酯增塑剂；其中顺丁烯二酸酐与己二酸的摩尔比为1∶2，一缩二乙二醇与丙二醇的摩尔比为3∶2，醇酸摩尔比为1.6～1.8。
5.一种权利要求1所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
①向反应釜中加入适量去离子水，搅拌下缓慢加入保护胶体A和保护胶体B，然后缓慢升温至80～95℃，保温2～5h；
②将反应釜内的物料降温至40～50℃，加入乳化剂和pH调节剂，待其完全溶解后预投少量醋酸乙烯酯单体，然后升温至60～65℃，加入预投引发液，继续升温至70～75℃，同时滴加剩余醋酸乙烯酯单体和剩余引发液，滴完升温至72～78℃保温0.5～2h；
③将反应釜内的物料降温至60～65℃，先同时滴加氧化液和还原液，滴完保温0.1～1h；然后缓慢滴加增塑剂，滴完保温0.1～1h，最后降温至45℃，出料，即得乳液粘结剂。
6.根据权利要求5所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法，其特征在于：上述步骤①中所述的适量去离子水为去离子水总量的70～90%。
7.根据权利要求5所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法，其特征在于：上述步骤②中所述的少量醋酸乙烯酯单体为醋酸乙烯酯单体总量的5～10%。
8.根据权利要求5所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法，其特征在于：上述步骤②中所述的预投引发液为引发液总量的10～40%；所述的引发液由引发剂与10～30倍用量的去离子水混合而成。
9.根据权利要求5所述的玻璃纤维短切原丝毡用乳液粘结剂的制备方法，其特征在于：上述步骤③中所述的增塑剂的制备方法如下：将顺丁烯二酸酐、己二酸、一缩二乙二醇以及丙二醇加入到反应装置中，其中顺丁烯二酸酐与己二酸的摩尔比为1∶2，一缩二乙二醇与丙二醇的摩尔比为3∶2，醇酸摩尔比为1.6～1.8，搅拌下通入氮气，升温至190～200℃反应10～15h，得到酸值为10～15mgKOH/g、数均分子量为2000～3000的聚酯增塑剂。
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