论文部分内容阅读
水基聚丙烯酸酯(PAcr)黏合剂具有环保、成本低和耐候等特点,广泛应用于金属、陶瓷、织物、木材和塑料等材料的粘接领域。但水基PAcr黏合剂仍存在粘接能力不强、胶膜强度不足等问题,通过成膜性好和柔韧性佳的聚氨酯(PU)和纳米无机填料与PAcr复合是提升黏合剂综合粘接性能的重要途径。但目前的研究以简单的共混复合为主,虽能一定程度上提升黏合剂的性能,但仍存在无机组分分布不均一、使用有机溶剂、步骤繁琐等问题。因此,亟需开发基于水基体系的一步制备的新方法,来高效合成综合粘接性能优异的接枝型PAcr基多元复合纳米黏合剂。本文采用Stober法制备了尺寸为27±3 nm的SiO2无机粒子,并用硅烷偶联剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)对SiO2进行表面改性,制得乙烯基改性的SiO2(简称MPS-SiO2)。以MPS-SiO2为无机颗粒,丙烯酸异辛酯(2-EHA)、甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为乙烯基单体,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二醇(PCL二醇)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为PU前驱体,采用细乳液聚合法一步制备PAcr/PU和PAcr/PU/SiO2两种纳米复合黏合剂乳液。利用动态光散射(DLS)、红外光谱(FT-IR)、力学性能测试和差示扫描量热(DSC)等测试方法对黏合剂的组成、粒子的颗粒特征、粘接性能和热性能等进行表征。研究发现,在制备PAcr/PU纳米复合黏合剂的体系中,随着PU含量的上升,黏合剂粒子的粒径增大,交联程度和胶膜耐热性均有所提高。优化了增稠剂用量、上胶量、烘焙温度和时间等黏合剂施胶参数,并在最佳施胶条件下研究了聚合物组成对PAcr/PU黏合剂粘接性能的影响。研究发现IPDI、PCL二醇和HEMA三组分共同存在时,聚合物形成了交联网络结构,胶膜的粘接性能最佳。随着PU前驱体含量上升,聚合物交联网络紧密程度上升,胶膜内聚力逐渐增强,剪切强度和断裂伸长率先上升后下降,当PU前驱体含量为3.96 wt%时,剪切强度为31.5 MPa,断裂伸长率为46.5%,为PAcr黏合剂的2.1倍和9.8倍,剥离强度为17.8N·m-1,初粘力为0.6N,此时黏合剂的综合粘接性能最佳。在PAcr/PU/SiO2纳米复合黏合剂体系中,随着SiO2含量上升,纳米复合黏合剂乳胶粒径逐渐增大,凝胶率逐渐上升,乳液的储存稳定性良好。PAcr/PU/SiO2纳米复合黏合剂的最佳施胶条件为:PTE胶膜涂胶量3.0 g·m-1、烘焙温度100 ℃、烘焙时间2 min。对胶膜粘接性能研究表明,表面活性修饰的MPS-SiO2能通过接枝反应接入杂化聚合物网络,所制胶膜的剪切强度和断裂伸长率较惰性改性的SiO2体系提高了 27.0%和72.0%。随着MPS-SiO2用量上升,PAcr/PU/SiO2聚合物的网络结构更加密集,而SiO2作为无机粒子填充在聚合物链中,承担了一部分应力,使得胶膜内聚力增强,剪切强度和断裂伸长率先上升后下降,当MPS-SiO2含量为0.7wt%时,剪切强度为32.7MPa,断裂伸长率为55.6%,在PAcr/PU黏合剂基础上提升了 8.7%和20.0%,剥离强度为18.6N·m-1,初粘力为0.59 N。本论文提出了一种细乳液聚合一步法制备PAcr/PU和PAcr/PU/SiO2纳米复合黏合剂乳胶的方法,解决了 PU预聚体合成繁琐、无机组分分散不均等问题。明确了合成参数与胶膜粘接性能的对应关系,在保证胶膜粘附性的基础上,提高了胶膜的内聚力,获得了优异的综合粘接性能。本论文的研究结果对于新型纳米复合黏合剂的设计、制备和性能提升有重要的参考价值。