一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它是玻璃球或废旧玻璃经过高温溶制，拉丝而成。玻璃拉丝后一改硬而脆的特性，不但强度大大提升，而且具有柔软性。玻璃纤维除拉伸强度高，绝缘性能好，耐化学性佳，耐热稳定等特点外，还与树脂有良好的接着性能，因此通常用于制作塑料制品复合材料，电绝缘材料，电路基板等。
玻璃纤维短切毡是由玻璃纤维原丝经过短切成一定长度的短切纤维，通过铺网，喷淋粘接剂，加热，降温收卷工艺制作而成的一种毡状增强材料。目前国内已广泛应用于游船、舰艇、卫生洁具、大直径管道、各类耐腐蚀储罐、轻型建筑材料结构件、汽车、轻轨列车、家具、电器、各类游乐埸所、体育场所、环保设备、空调制冷设备等玻璃钢结构中。
短切毡粘合剂包括粉末粘合剂和乳液粘合剂两大类。粉末粘合剂制作的短切毡比较柔软，容易浸透，收卷半径小，方便运输，但是粘接强度不够，施工容易断裂，且粉末粘合剂在生产过程中造成车间粉尘较大，对人体健康有危害，同时污染环境，因此国内外粉末粘合剂用量逐步减少。乳液型粘合剂主要有聚醋酸乙烯酯、聚酯乳液和聚氨酯乳液。乳液粘合剂制作的短切毡拉伸强度高，方便施工，但手感偏硬，浸透速率慢。乳液粘合剂生产时用水稀释，然后通过喷淋烘干，乳液成膜后对玻璃纤维形成粘接，生产过程不产生废水，无粉尘飘散，对环境污染少，所以乳剂用量逐渐增多。
市售乳液粘合剂多为聚醋酸乙烯酯乳液，以聚乙烯醇做保护胶体，由于醋酸乙烯玻璃化温度较高，生产的短切毡手感很硬，因此又在乳液配方里添加大量增塑剂，这样才能得到手感柔软的短切毡。由于增塑剂的大量加入，短切毡经高温烘干后，毡面较黄，影响了后续玻璃钢产品的外观；且短切毡在仓库长时间存放，增塑剂会迁移到毡面，降低毡的粘接强度。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种手感柔软，外观亮白，粘接强度持久的玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂。
本发明的另一个目的是提供上述醋丙乳液粘合剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂，按质量份数计，包括以下原料：水100份，丙烯酸丁酯40-80份，醋酸乙烯酯60-100份，功能单体1-5份，保护胶体1-5份，非离子乳化剂2-8份，氧化剂0.1-1份，还原剂0.1-1份，分子量调节剂0.1-1份。
作为优选，所述功能单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸、衣康酸中的任意一种。
作为优选，所述保护胶体为聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或几种以任意比例混合。
作为优选，所述非离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十三烷基醇乙氧化物、烷基聚氧乙烯醚中的任意一种。
作为优选，所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的任意一种。
作为优选，所述还原剂为亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、维生素C中任意一种。
作为优选，所述分子量调节剂为正十二硫醇。
另外，本发明还提供了一种所述玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
a)称取各原料，备用；
b)取非离子乳化剂总量的5％和配方量保护胶体溶于配方量水中，并加入反应釜；
c)在常温下，往乳化缸内加入配方量丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、功能单体、分子量调节剂，充分搅拌均匀；
d)将反应釜升温到60-70℃，加入步骤c)所得混合物总质量的5％-10％及50％的氧化剂和还原剂(指氧化剂质量的50％和还原剂质量的50％，下同)，在65-70℃反应0.5-1小时并持续搅拌；
e)保持反应温度为65-70℃，滴加步骤c)剩余的混合物和30％的氧化剂、还原剂，控制滴加4-6小时；
f)滴加完成后升温至70-75℃，保温1-2小时；
g)继续加入剩下20％的氧化剂和还原剂，降温至65-70℃，并保温10-20分钟；
h)继续降温至40-50℃，加入剩余非离子乳化剂，即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、与传统的短切毡粘合剂以纯醋酸乙烯酯聚合乳液为基础，外加增塑剂调节的方法相比，本发明的醋丙乳液粘合剂以丙烯酸丁酯作为内增塑单体与醋酸乙烯酯共聚，降低聚合乳液的玻璃化温度，不需外添加大量增塑剂，同样可获得柔软手感的短切毡。由于不需加入增塑剂，乳液耐黄变性能也得到极大的提高，外观表现与玻纤一样亮白。
2、本发明的短切毡用醋丙乳液粘合剂，采用非离子乳化剂与保护胶体的乳化体系，不会与玻璃纤维表面所带的负离子电荷产生相斥，从而获得更好的润湿效果，粘接强度比市售乳液有很大提升。非离子乳化剂在合成反应完成后添加，既可以增加乳液的稳定性，也可以提升乳液成膜后的蠕变性能，提升短切毡的柔软度。
3、本发明的短切毡用醋丙乳液粘合剂中，加入了功能单体和分子量调节剂，功能单体可以有效增加乳液分子量，分子量越大粘接强度越高，但分子量太大容易造成乳液不稳定，因此加入适量分子量调节剂，保证分子量在合适范围内。功能单体产生适当的交联不但可以增加乳液对玻璃纤维的附着力，还可以保持乳液成膜具有持久的耐老化性能，因此保持较长时间的粘接强度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂，按质量份数计，包括以下原料：水100份、丙烯酸丁酯40份、醋酸乙烯酯95份、丙烯酸羟乙酯4份、羟乙基纤维素2份、十三烷基醇乙氧化物8份、过硫酸铵0.5份、亚硫酸氢钠0.5份、正十二硫醇0.4份；
所述玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
a)称取各原料，备用；
b)将十三烷基醇乙氧化物总量的5％和配方量羟乙基纤维素溶于配方量水中，并加入反应釜；
c)在常温下往乳化缸内加入醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、正十二硫醇，并充分搅拌均匀；
d)将反应釜升温到60℃，加入步骤c)所得混合物总质量的5％、过硫酸铵质量的50％与亚硫酸氢钠质量的50％，在65℃反应0.5小时并持续搅拌；
e)保持反应温度为65℃，滴加步骤c)剩余的混合物和过硫酸铵质量的30％与亚硫酸氢钠质量的30％，控制滴加4小时；
f)在步骤e)滴加完成后，升温至70℃，并保温1小时；
g)往步骤f)得到混合物中加入剩下20％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，降温至65℃，并保温10分钟；
h)把步骤g)制得的混合物降温至40℃，加入剩余十三烷基醇乙氧化物，即得醋丙乳液粘合剂。
实施例2
一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂，按质量份数计，包括以下原料：水100份、丙烯酸丁酯50份、醋酸乙烯酯85份、丙烯酸3份、羟乙基纤维素2份、脂肪醇聚氧乙烯醚7份、过硫酸铵0.5份、亚硫酸氢钠0.5份、正十二硫醇0.3份；
所述玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
a)称取各原料，备用；
b)将脂肪醇聚氧乙烯醚总量的5％和配方量羟乙基纤维素溶于配方量水中，并加入反应釜；
c)在常温下往乳化缸内加入醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、正十二硫醇并充分搅拌至均匀；
d)将反应釜升温到60℃，加入步骤c)所得混合物总质量的5％及50％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，反应温度保持在68℃并持续搅拌，反应时间0.5小时；
e)保持反应温度为68℃，滴加步骤c)剩余的混合物和30％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，控制滴加5小时；
f)在步骤e)滴加完成后，升温至72℃，并保温1.5小时；
g)往步骤f)得到混合物中加入剩下20％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，降温至65℃，并保温15分钟；
h)把步骤g)制得的混合物降温至45℃，加入剩余脂肪醇聚氧乙烯醚，即得醋丙乳液粘合剂。
实施例3
一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂，按质量份数计，包括水100份、丙烯酸丁酯50份、醋酸乙烯酯75份、丙烯酸羟丙酯4份、羟乙基纤维素3份、十三烷基醇乙氧化物8份、过硫酸铵0.5份、亚硫酸氢钠0.5份、正十二硫醇0.2份；
所述短切毡用醋丙乳液粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
a)称取各原料，备用；
b)将十三烷基醇乙氧化物总量的5％和配方量羟乙基纤维素体溶于水中，并加入反应釜；
c)在常温下，往乳化缸加入配方量醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟丙酯、正十二硫醇并充分搅拌均匀；
d)将反应釜升温到68℃，加入步骤c)所得混合物总质量的5％及50％的过硫酸铵与50％亚硫酸氢钠，反应温度保持在68℃并持续搅拌，反应时间0.8小时；
e)设定反应温度为68℃，滴加剩余步骤c)的混合物和30％的过硫酸铵与30％的亚硫酸氢钠，控制滴加5小时；
f)在步骤e)滴加完成后，升温至73℃，并保温1.5小时；
g)往步骤f)中得到混合物中加入剩下20％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，降温至68℃，并保温15分钟；
h)把步骤g)制得的混合物降温至45℃，加入剩余十三烷基醇乙氧化物，即得。
实施例4
一种玻璃纤维短切毡用醋丙乳液粘合剂，按质量份数计，包括以下原料：水100份、丙烯酸丁酯50份、醋酸乙烯酯75份、丙烯酸羟乙酯5份、羟甲基纤维素4份、十三烷基醇乙氧化物4份、过硫酸铵0.5份、亚硫酸氢钠0.5份、正十二硫醇0.8份；
所述短切毡用醋丙乳液粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
a)称取各原料，备用；
b)将十三烷基醇乙氧化物总量的5％和配方量羟甲基纤维素体溶于水中，并加入反应釜；
c)在常温下往乳化缸加入醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、正十二硫醇并充分搅拌到均匀；
d)将反应釜升温到70℃，加入步骤c)所得混合物总质量的7％及50％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，反应温度保持在70℃并持续搅拌，反应时间1小时；
e)设定反应温度为70℃，滴加剩余的步骤c)所得混合物和30％的过硫酸铵与亚硫酸氢钠，滴加6小时；
f)在步骤e)滴加完成后升温至75℃，并保温2小时；
g)往步骤f)得到混合物中加入剩下20％的氧化剂和还原剂，降温至70℃，并保温20分钟；
h)把步骤g)制得的混合物降温至50℃，加入剩余十三烷基醇乙氧化物，即得醋丙乳液粘合剂。
本发明实施例1-4制得乳液的基本性能如下表1。
表1本发明实施例1-4制得乳液的性能
本发明粘合剂性能测试：
玻璃纤维短切毡按照国标GB/T 17470-2007主要测试指标有烧失量，拉伸断裂强力，苯乙烯溶解度，不饱和聚酯中的浸透速率，弯曲强度。
烧失量测试所得就是上胶量，拉伸强度测试反应粘合剂的粘接强度，苯乙烯溶解速度与不饱和聚酯中的浸透速率同样反应粘合剂的溶解速度，弯曲强度表征其柔软度，主要受粘合剂玻璃化温度影响。
实验测试以本发明实施例1-4制得粘合剂生产300g/m2标准克重的玻璃纤维短切毡，按照GN/T9914.2规定测试烧失量，按照GB/T6006.2-2003测试拉伸强度，GB/T6006.1-2003测试苯乙烯溶解度，用靶环法测定不饱和聚酯浸透速率，按GB/T18318.1-2009斜面法规定测试弯曲强度。所得数据如下表2。
表2本发明粘合剂生产玻璃纤维短切毡性能
分析可知，本发明所制得短切毡外观亮白不发黄，而且TG值较低，制得短切毡手感较软，且拉伸强度达到国标以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
