一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，属于胶粘剂合成领域。
技术背景
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是相对分子量大于150万的聚乙烯(PE)，分子结构与一般聚乙烯完全相同，由亚甲基(-CH2-)相连形成主链且无活性基团以及侧链基团。尽管UHMWPE与普通PE结构相似但UHMWPE分子量要比普通PE分子量高很多，因此赋予了其具有普通PE以及其它应用材料所不具备的优良功能如耐磨损、力学性能优良、耐腐蚀、不吸收水、耐冲击性优良。但是由于UHMWPE分子结构的易结晶取向、对称结构以及无活性基团的原因,使UHMWPE表面惰性极大、表面能极低和化学活性低，改进UHMWPE与胶黏剂的界面粘结性一直是粘合剂领域开发的难点和热点。
改进UHMWPE与胶黏剂的界面粘结性一般有两类主流的方法：对UHMWPE表面进行改性修饰与选择合适的胶粘剂。跟选择合适的胶粘剂相比，表面修饰改性的方法有损UHMWPE的机械性能、且工艺复杂、设备成本高，因此开发和优选合适的胶粘剂是方便快捷有效经济的方法。
SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)热塑性弹性体，其与UHMWPE表面能相近且分子结构相似，使两者较好的相容性好，但是表面未经处理的UHMWPE，SBS不能获得满意的粘结效果，常需要对SBS进行改性来提高粘结强度。
氯化聚丙烯是目前粘结聚烯烃材料使用较多的一种基体，它是利用其与聚烯烃结构相似的基础上，再接枝上氯原子来提高其极性。氯化聚丙烯溶液接触聚烯烃表面时，聚烯烃与氯化聚丙烯发生分子链扩散，从而产生粘结作用。一般情况下氯化聚丙烯的粘结强度不大，需要对其进行一定的改性。
低分子量的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)是最常用的粘结材料，常规的EVA热熔胶对聚烯烃的粘结效果较差，必须对EVA热熔胶进行处理才能得到较好的粘结效果。
丙烯酸酯类胶黏剂是一类极性胶黏剂，一般情况下其与聚烯烃的粘结强度不大。硅橡胶粘合剂是20世纪50年代末研发出来的一种新型有机硅弹性体，它是以硅氧原子为主链，并通过接枝一些有机官能团来赋予其优异的性能，比如以含有C5-16烃氧基的有机硅化合物作为锚定剂(交联剂)的硅橡胶粘合剂，其可直接用于PP、PE等难粘结的基材上。这类交联剂对聚烯烃塑料的浸透和膨润性好，其中性能最好的交联剂为含有环己甲氧基、环己乙氧基等的硅烷。环氧树脂具有耐化学品性好、物理机械性能强、耐水性好的特点，因此适用于制备胶粘剂，但是由于其极性强，结构偏硬，在UHMWPE表面浸润性差，因此尚未在UHMWPE纤维方面获得应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，该方法基于高分子量环氧树脂酯化和接枝改性的原理，基于原位聚合引入了长的烷基链、低表面能单体、丙烯酸类软单体、丙烯酸亲水单体，制备柔软好、在UHMWPE表面的浸润性优良、粘结性好、环保的超高模量聚乙烯纤维用水性胶水，以解决超高模量聚乙烯纤维用胶水的粘剂性能不足的问题。
本发明的另一目的在于针对现有技术的不足，提供一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，该方法先通过饱和长链脂肪酸与环氧树脂的开环酯化反应，在此前提下，通过接枝共聚丰富的软单体和功能性单体，克服了环氧树脂柔韧性、耐候性、浸润性不足的的缺陷，实现了长链支化超柔软耐候改性环氧树脂的制备。
本发明的另一目的在于针对现有技术的不足，提供一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，所述超高模量聚乙烯纤维用水性胶水是一种环氧树脂基胶水，所述环氧树脂上接枝丰富的软单体，可降低胶水的表面张力，提高胶水在超高模量聚乙烯纤维表面的浸润性能，从而提高与UHMWPE之间的粘接性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水，该方法包括以下步骤：
(1)将10重量份饱和长链脂肪酸、50重量份环氧树脂、3重量份催化剂和20重量份丙二醇甲醚加入到烧瓶中，通入氮气保护，并加热至100±5℃，保温2小时；
(2)升温至110±5℃，匀速滴加由3-4重量份乙烯基硅油、10重量份丙烯酸丁酯、1-2重量份丙烯酸含氟单体、3-4重量份硅烷偶联剂、1-2重量份引发剂组成的混合物，3小时滴完；
(3)加0.5-1重量份引发剂继续反应2小时，降温至65±5℃；
(4)加3-4重量份有机碱，反应30分钟；
(5)加水，分散至25％固含。
本发明所述的饱和长链脂肪酸为C12～C20饱和长链脂肪酸，包括但不限于月桂酸、豆蔻酸、软脂酸、硬脂酸、花生酸等。
本发明所述的催化剂为三苯基膦(CAS#:603-35-0)。
本发明所述的引发剂为过氧化苯甲酰(CAS#:94-36-0)。
本发明所述的乙烯基硅油为单端乙烯基硅油，包括分子式为CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]nCH3)2Si-CH3(n＝1,2….)的单端乙烯基硅油。
本发明所述的有机碱为N,N-二甲基乙醇胺(CAS#:108-01-0)。
本发明所述的环氧树脂为E20、E12、E03或其混合物。若环氧分子量太小，胶水性能偏硬。饱和长链脂肪酸用量占环氧树脂的10％左右，过少环氧树脂开环不充分，过多游离的饱和长链脂肪酸太多，不利于涂膜干燥。
本发明所述的丙烯酸含氟单体包括但不限于甲基丙烯酸三氟乙酯，甲基丙烯酸八氟戊酯单体。
本发明所述的硅烷偶联剂包括但不限于KH570。
本发明中，为了实现优异的粘结性能，各组分应该满足合适配比，例如，丙烯酸单体为亲水单体，太少亲水不足形成不了均匀水分散体，太多耐水性差。
本发明的有益效果在于：1.原位聚合引入了长的烷基链、低表面能单体、丙烯酸类软单体，实现胶水对超高模量聚乙烯纤维优异的浸润性、柔软性。2.本发明中也能使丙烯酸高效接枝到环氧树脂上，实现了粘合剂的水性化。3.本发明中原位聚合引入各种功能单体，改进了游离增塑剂的不足。
附图说明
图1本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明所述一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，现结合实例，将本发明进一步详细叙述如下。
以下实施例中，±表示允许的误差范围，例如，110±5℃是指在105～115℃范围内浮动。
实施例1：
一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，具体步骤如下：
(1)将10重量份软脂酸、50重量份环氧树脂E20、3重量份三苯基膦和20重量份丙二醇甲醚加入到烧瓶中，通入氮气保护，并加热至100±5℃，保温2小时；
(2)升温至110±5℃，匀速滴加由3重量份单端乙烯基硅油CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]10CH3)2Si-CH3、10重量份丙烯酸丁酯、2重量份甲基丙烯酸八氟戊酯单体、3重量份KH570、2重量份过氧化苯甲酰组成的的混合物，3小时滴完；
(3)加0.5重量份过氧化苯甲酰继续反应2小时，降温至65±5℃；
(4)加3重量份N,N-二甲基乙醇胺，反应30分钟；
(5)加水高速分散至25％固含。
实施例2：
一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，具体步骤如下：
(1)将10重量份硬脂酸、50重量份环氧树脂E12、3重量份三苯基膦和20重量份丙二醇甲醚加入到烧瓶中，通入氮气保护，并加热至100±5℃，保温2小时；
(2)升温至110±5℃，匀速滴加由4重量份单端乙烯基硅油CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]10CH3)2Si-CH3、10重量份丙烯酸丁酯、1重量份甲基丙烯酸八氟戊酯单体、4重量份KH570、1重量份过氧化苯甲酰组成的混合物，3小时滴完；
(3)加1重量份过氧化苯甲酰继续反应2小时，降温至65±5℃；
(4)加4重量份N,N-二甲基乙醇胺，反应30分钟；
(5)加水高速分散至25％固含。
实施例3：
一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法。采用原位聚合的方法，具体步骤如下：
(1)将5重量份花生酸、50重量份环氧树脂E20、1重量份三苯基膦和20重量份丙二醇甲醚加入到烧瓶中，通入氮气保护，并加热至100±5℃，保温2小时；
(2)升温至110±5℃，匀速滴加配方量的4重量份乙烯基硅油CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]10CH3)2SiCH3、丙烯酸丁酯10重量份、1重量份甲基丙烯酸八氟戊酯单体、4重量份硅烷偶联剂KH570、2重量份过氧化苯甲酰的混合物，3小时滴完；
(3)加1重量份过氧化苯甲酰继续反应2小时，降温至65±5℃；
(4)加3重量份N,N-二甲基乙醇胺，反应30分钟；
(5)加水高速分散至25％固含。
对比例1
一种超高模量聚乙烯纤维用水性胶水的制备方法，具体步骤如下：
(1)50重量份环氧树脂E20加入到烧瓶中升温至110±5℃，通入氮气保护，匀速滴加由3重量份乙烯基硅油CH2＝CH-Si(CH3)2O[(CH3)2SiO]10CH3)2Si-CH3、10重量份丙烯酸丁酯、2重量份甲基丙烯酸八氟戊酯单体、3重量份硅烷偶联剂KH570、2重量份过氧化苯甲酰组成的混合物，3小时滴完；
(2)加1重量份过氧化苯甲酰继续反应2小时，降温至65±5℃；
(3)加4重量份N,N-二甲基乙醇胺，反应30分钟；
(4)加水高速分散至25％固含。
对比例2
同实施例1，区别在于，采用环氧树脂E44替换环氧树脂E20。
对比例3
同实施例1，区别在于，采用辛烷酸替换软脂酸。
以上案例所得胶水的性能如下表。
表1案例所得胶水的性能
注：表面张力在德国KRUSS公司K100表面张力仪上测试得到；粘结强度按照《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法》(GB/T 7124-1986)标准测试得到；耐酸性按照100mm*100mm*0.05mm胶膜在10％盐酸中起泡、变色时间确定；按照标准测试得到；邵氏硬度利用邵氏硬度计测定。
