CN114989749A - 一种水性双组份快干胶a组分及其制备方法与应用 - Google Patents

一种水性双组份快干胶a组分及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性双组份快干胶A组分，由质量比为100：2‑10的聚醋酸乙烯酯乳胶和聚酰亚胺聚合物混合而成。本发明可以有效的实现木块的快速定位效果，有助于缩短胶合板材的定位养护时间，提高生产效率，同时整个胶合板材只需要在常温进行压合，不需要高频热压等高能耗的设备投资，有望助力胶合板材制造行业向高效、低碳、节能方向发展。

Description

一种水性双组份快干胶A组分及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及到水基胶粘剂领域，涉及一种水性双组份快干胶A组分及其制备方法与应用。
技术背景
随着人们对绿色、环保生活品质的极致追求，溶剂型胶粘剂逐渐被各种水基胶粘剂所取代并被广泛应用于人们的生产、生活当中。水基胶粘剂通常是由用水作为分散介质的聚合物乳液或聚合物分散体外加相关助剂得到，使用时将水基胶粘剂涂刷在需要粘接的界面并施加一定的压力进行粘合，随着水分的挥发，聚合物乳胶粒子表面的水化层逐渐变薄，乳胶粒子也因受到应力挤压变形并最终导致乳胶粒子完全破乳，乳胶粒子中的高分子量的聚合物被释放出来，这些聚合物开始在聚合物与聚合物之间、聚合物与粘接界面间逐渐产生各种复杂的化学、物理作用力并最终将施胶的胶界面连接起来。由于水在常温下挥发较慢，相比于溶剂型胶粘剂，水基胶粘剂在使用过程中要达到较高粘接强度往往需要更多的养护或定位时间。为了缩短水基胶达到较高粘接强度需要的定位或养护时间，提高生产、工作效率，人们往往采取以下一些办法：提高水基胶的固含量；在定位或养护时加热以加速水分的挥发；在水基胶中复配增粘树脂或乳液以提高初始粘接强度；在水基胶中加入某些化学反应剂，通过活性化合物之间快速化学反应形成的聚合物网络，使粘接界面可以短时间内形成较好的初始粘接强度等。
以木材加工用水基胶粘剂为例，为了提升胶合板材的生产制造效率，缩短供应链周期，板材制造企业往往通过采用高频热压工序来加速胶合板材水基胶中水分的快速挥发，从而提高水基胶的快干强度，从而满足胶合板材二次加工或交付使用的强度要求；或者在普通的水基白乳胶中复配一些具有高初粘力的增粘树脂或乳液以提高粘接界面的初粘力；或者使用酸固化的三醛胶体系，通过氢质子催化脲醛树脂中羟甲基的脱水醚化交联反应，从而快速提高粘接界面的胶合强度。
研究表明，乙二醛水溶液中不仅有游离的乙二醛分子，还有其与水分子缩合后形成的多聚体，如乙二醛三聚体二水化合物，这种多聚体结构中具有高密度的醚键和羟基基团，与多胺基、羟基化合物能快速形成多重氢键，基于这种高密度的氢键网络结构，有望被用来构筑新型双组份水基快干胶。
发明内容
本发明提供一种水性双组份快干胶A组分及其制备方法与应用，本发明的水性双组份快干胶A组分与B组分乙二醛共同使用能快速粘结，且达到足够的定位强度。
本发明通过以下技术方案实现：
一种水性双组份快干胶A组分，由质量比为100：2-10的聚醋酸乙烯酯乳胶和聚酰亚胺聚合物混合而成。本发明的水性双组份快干胶A组分是基于物理氢键作用力构筑的。
一种水性双组份快干胶A组分的制备方法，包括如下步骤：将质量比为100：2-10的聚醋酸乙烯酯乳胶和聚酰亚胺聚合物混合均匀即得。
一种水性双组份快干胶A组分在木材拼接上的应用，其特征在于：将所述的一种水性双组份快干胶A组分用于木材拼接，所述木材拼接使用的B组分为乙二醛水溶液。
所述的乙二醛水溶液中乙二醛的质量浓度为30-40％。
本发明可以以乙二醛水溶液为B组份，一种添加有聚酰亚胺聚合物的聚醋酸乙烯酯乳胶为A组份胶料，通过在木材上的粘接实验验证了本发明的快速强力粘接效果。相比于本发明人报道的聚乙烯亚胺材料，本发明报道的聚酰亚胺材料与其有以下几个方面的区别：一、聚乙烯亚胺显碱性(水溶液PH达9以上)，聚醋酸乙烯酯乳胶在碱性条件下容易水解，而聚酰亚胺的亚氨基上连接了两个强吸电子结构的羰基，使N原子上的电子云密度大大降低，导致其水溶液显示中性，在使用时，会使A组份胶料更稳定；二、两者产生快干粘接的作用力或者作用机理不同，添加有聚乙烯亚胺的A胶体系主要是基于B组份中醛基和聚乙烯亚胺的氨基之间的化学交联反应来提供粘接界面的快干作用力，而聚酰亚胺聚合物中的亚氨基团因邻位羰基吸电子效应使得其活性大大降低，在常温下很难与醛基发生化学反应，但可以与乙二醛水溶液中乙二醛多聚体水合物之间通过高密度的醚键和羟基产生多重物理氢键作用，这种氢键网络密度足够大从而提供粘接界面的快干强度；三、从成本角度考虑，聚酰亚胺相比于聚乙烯亚胺更便宜，因而可以使整体配方成本大大降低。另外，从单一原材料管控风险角度来讲，本发明提供的技术可以拓宽双组份水基快干胶的原材料选择性，避免单一原材料带来的不可控风险。
较之前的现有技术，本发明具有以下有益之处：
本发明可以有效的实现木块的快速定位效果，有助于缩短胶合板材的定位养护时间，提高生产效率，同时整个胶合板材只需要在常温进行压合，不需要高频热压等高能耗的设备投资，有望助力胶合板材制造行业向高效、低碳、节能方向发展。
本发明的A组分与乙二醛混合能快速粘结，制备出了一种新型的可工业化应用的室温双组分水性快干胶关键原材料，拓宽了室温快速粘接双组份水性胶粘剂的配方范畴，给胶合板材的室温快速定位技术提供了新的选择，有望助力板材生产企业向低碳、节能方向发展。
附图说明
图1是不同聚酰亚胺添加量的90s定位压缩剪切强度；
图2是不同定位时间的压缩剪切强度；
图3是A组份胶料中聚酰亚胺聚合物与B组份乙二醛水溶液中多聚体之间的氢键网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步阐述，为了凸显本发明的关键技术节点，取100份55％固含的聚醋酸乙烯酯乳胶(可以选用固含为50-55％的其它的聚醋酸乙烯酯乳胶)，探讨加入不同质量份数聚酰亚胺聚合物的A组份胶料在桦木块和榉木块上90s定位时间的压缩剪切强度，并考察了在相同的配方条件下，不同定位时间后的压缩剪切强度。
为了验证本发明的使用效果，用桦木和榉木进行了粘接强度测试。在使用时，将乙二醛水溶液(B组份)(乙二醛水溶液中乙二醛的质量浓度为40％，也可以选用其它质量浓度的乙二醛水溶液)刷在其中一个小木块胶接面一边，然后将配制好的A组份胶料涂刷在另一个小木块胶接面上，用0.5-1.0MPa压力在常温下压合(叠合面积为25mm×25mm)若干秒后，取下小木块立即进行木块的压缩剪切强度测试。其中，A组份胶料中聚酰亚胺聚合物与B组份乙二醛水溶液中多聚体之间的氢键网络结构示意图如图3所示：说明本发明的水性双组份快干胶A组分是基于物理氢键作用力构筑的。
实施例1
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入0份；
常温下90s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为0.50MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.18MPa。
实施例2
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入1份；
常温下90s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为0.66MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.37MPa。
实施例3
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入2份；
常温下90s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为0.99MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.87MPa。
实施例4
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入3份；
常温下90s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为1.27MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.97MPa。
实施例5
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入4份；
常温下90s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为1.31MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为1.05MPa。
实施例6
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入10份；
常温下90s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为1.13MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.73MPa。
为了更加清晰的看到A组份配方中聚酰亚胺的添加量对小木块90s定位后胶合强度的影响，将实施例1-6的测试结果绘制成说明书附图1的测试结果图。附图1实施例1-5的整体数据趋势图表明，无论是在桦木块还是榉木块上测试，随着A组份胶配方中聚酰亚胺添加量的增加，木块90s定位后压缩剪切强度均呈现逐渐增大的态势，只是在相同的条件下，桦木块测试的结果都高于榉木块，这主要是由于这两种木种结构的不同所导致，桦木块更加疏松，涂胶后聚合物乳胶粒子和聚酰亚胺聚合物分子更容易渗透到木材内部的孔隙结构中，使锚固结构更深，同时疏松的木制结构也更容易吸收水分，能够促使粘接界面快速失水，从而使界面的强度更高。当添加量达4wt％时，桦木块定位后的压缩剪切强度是零添加时的2.62倍，榉木块上是零添加时的5.83倍，均比未添加关键原材料聚酰亚胺的A组份配方高出许多，表明聚酰亚胺聚合物在该双组份水性快干胶中的显著效果。当A/B双组份接触压合时，A组份中聚酰亚胺分子链上的酰胺基和B组份中的乙二醛水溶液中乙二醛多聚体分子中的醚键和羟基在胶合界面快速形成如上图所述的高密度氢键网络结构，从而可以大幅提升粘接界面的胶合强度。值得注意的是，相比于之前报道的聚乙烯亚胺配方，基于聚酰亚胺构筑的A/B双组份胶的胶合强度相对要低一些，这主要是由于聚乙烯亚胺与乙二醛分子间形成的是化学交联网络结构，而聚酰亚胺与乙二醛多聚体分子间形成的是物理氢键网络，在通常情况下化学键能量比物理氢键能量更高，因而强度更高。然而，从实施例6中发现，当我们将聚酰亚胺聚合物添加量直接提高到10份时，桦木块和榉木块上的90s定位强度都较添加4份时都有明显下降，这说明配方中聚酰亚胺的添加量并非越多越好，这可能是因为过高的聚酰亚胺聚合物添加量会使得其与乙二醛多聚体分子间的氢键网络形成速度过快、网络密度过大，胶层粘度上升太快，极大的阻碍了聚合物乳胶粒子、聚酰亚胺分子向木块表面孔隙渗透，使得木块粘接界面的锚固效果减弱，反而使得粘接界面的强度下降。
实施例7-9进一步考察了在相同的A胶配方(100份聚醋酸乙烯酯乳胶+3份聚酰亚胺)条件下，定位时间对桦木块、榉木块压缩剪切强度的影响，同时实施例10考察了未添加聚酰亚胺的A胶在常温定位150s后的压缩剪切强度，结果如下：
实施例7
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入3份；
常温下30s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为0.41MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.36MPa。
实施例8
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入3份；
常温下60s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为0.57MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.51MPa。
实施例9
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入3份；
常温下150s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为1.32MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为1.25MPa。
实施例10
本实施例的水性双组份快干胶A组分为
聚醋酸乙烯酯乳胶100份；
聚酰亚胺聚合物加入0份；
常温下150s定位后，在桦木块上的压缩剪切强度平均值为0.59MPa；在榉木块上的压缩剪切强度平均值为0.56MPa。
为了更清楚的看到定位时间对桦木块、榉木块压缩剪切强度的影响，将实施例7-10的测试结果绘制在说明书附图2中。从附图2中看到，对于添加有3份聚酰亚胺的A组份胶料配方，随着定位时间的延长，桦木块和榉木块上的压缩剪切强度均逐渐增大，整体上也是桦木块上的强度要略高于榉木块。当定位时间达150s时，桦木块和榉木块上的胶合强度均超过1MPa，相比于无聚酰亚胺添加的A组份胶料配方分别高出1.24倍和1.23倍。从图中还可以看出，如果A组份胶料中不添加聚酰亚胺聚合物，要达到其150s的定位强度，只需要添加3份聚酰亚胺聚合物到A组份胶料中，就可以将定位时间缩短到60s左右。
以上数据表明，在A组份胶料中添加聚酰亚胺聚合物可以有效的实现木块的快速定位效果，有助于缩短胶合板材的定位养护时间，提高生产效率，同时整个胶合板材只需要在常温进行压合，不需要高频热压等高能耗的设备投资，有望助力胶合板材制造行业向高效、低碳、节能方向发展。

Claims (4)

1.一种水性双组份快干胶A组分，其特征在于：
由质量比为100：2-10的聚醋酸乙烯酯乳胶和聚酰亚胺聚合物混合而成。
2.如权利要求1所述的一种水性双组份快干胶A组分的制备方法，其特征在于：将质量比为100：2-10的聚醋酸乙烯酯乳胶和聚酰亚胺聚合物混合均匀即得。
3.如权利要求1所述的一种水性双组份快干胶A组分在木材拼接上的应用，其特征在于：将所述的一种水性双组份快干胶A组分用于木材拼接，所述木材拼接使用的B组分为乙二醛水溶液。
4.如权利要求1所述的一种水性双组份快干胶A组分在木材拼接上的应用，其特征在于：所述的乙二醛水溶液中乙二醛的质量浓度为30-40％。
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