目前,砂布磨具已经广泛应用于汽车、机械、航天航空、化工、建材等工业领域,对金属、有色金属、木工家具、石材、玻璃、陶瓷、宝石以及塑料、皮革、油漆等具有优异的粗磨、精磨、抛光作用。与固结磨具相比,砂布磨具可以折叠、弯曲、卷绕,也可以撕开或裁剪成条、块等各种形状,使用方便,可满足不同的加工要求,适于大面积和复杂型面加工,具有其它固结磨具无法替代的特性。但是砂布磨具仍有许多缺点,如磨具的柔韧性差、耐水性差、容易掉砂等。把持磨料的胶粘剂是影响砂布磨具使用性能的一个重要因素,胶粘剂的合成及其性能是直接影响砂布磨具的使用性能。笔者结合砂布磨具产品的要求,通过对胶粘剂不同配方的合成、测试,合成出具有良好柔韧性和耐水性、机械强度也令人非常满意的砂布胶粘剂。
1 试验过程
1.1 原料组成
①硬单体:甲基丙烯酸甲酯(ＭＭＡ),丙烯腈(ＡＮ),苯乙烯(Ｓｔ);②软单体:丙烯酸丁酯(ＢＡ),丙烯酸(ＡＡ),丙烯酸乙酯(ＥＡ);③功能单体:Ｎ—羟甲基丙烯酰胺(Ｎ—ＭＡ);④乳化剂:十二烷基硫酸钠(ＳＬＳ),聚氧乙烯壬酚醚(ＯＰ—10); ⑤引发剂:过硫酸铵。
1.2 合成方法
(1)预乳化:在装有搅拌器的预乳化反应器中,加入去离子水、乳化剂、交联剂和各种单体并搅拌乳化30ｍｉｎ,制成预乳液。(2)滴加聚合:在烧瓶中加入剩余的去离子水,加热至80～85℃,加入一定量预乳液和引发剂进行反应。待反应乳液呈现蓝光后,控制3ｈ缓慢滴加剩余的预乳液和引发剂溶液;继续搅拌保温反应一段时间,冷却出料。
1 3 测试方法
对各种参数采用的不同测试方法见表1。
1 4 检测结果
(1)红外光谱分析(ＩＲ)对胶粘剂的红外光谱分析结果(ＩＲ)见图1。由图1可知,位于2959、2934、2874ｃｍ-1处的是-ＣＨ、-ＣＨ2和-ＣＨ3键的伸缩振动特征峰,位于2320ｃｍ-1处的是Ｃ≡Ｎ键的伸缩振动特征峰,位于1732ｃｍ-1处的是Ｃ=Ｏ键的伸缩振动特征峰,位于1239ｃｍ-1处的是酯的Ｃ Ｏ Ｃ键伸缩振动特征峰,位于1167、1120、1065、1030ｃｍ-1处的是Ｃ Ｏ Ｈ键的伸缩振动特征峰。
(2)差热法(ＤＴＡ)及热重法(ＴＧ)分析对胶粘剂的差热法(ＤＴＡ)及热重法(ＴＧ)测试结果见图2。由图2可知,被测样品在98～157℃有一个吸热峰,在热重线上101～133℃有明显失重,相应重量损失约为49.8%,说明乳液中的水分挥发;在340～671℃有一系列吸、放热峰,说明乳液产生化学分解,分解温度362℃,相应热重线上有明显失重重量损失约19 9%。
上述测试结果解释了ＩＲ图谱中所出现的特征吸收峰的含义,根据特征基团可以确定本试验合成的乳液是聚丙烯酸酯共聚物。同时差热法(ＤＴＡ)及热重法(ＴＧ)分析表明,本方法所得胶膜热稳定性较高,分解温度为362℃。
2 结果讨论
2.1 单体的种类及配比对胶粘性能的影响
根据砂布磨具对胶粘剂的性能要求,在设计配方时,软、硬单体以及可与交联剂反应的功能单体必须合理分配,同时又要兼顾到降低成本与提高使用性能。因此,笔者设计了三组试验配方,按照上述方法合成后进行性能测试。(1)不同单体种类组合对胶粘性能的影响作为砂布的胶粘剂,应对棉布基本吸附性好,粘接牢度高,在干湿状态下均应耐磨。因此本试验将所合成的三组配方乳胶分别涂附在纤维基体上进行粘附牢度性能测试,其结果见表1。
由表1数据可知,第2组和第3组单体组合可获得较好的粘接性能。(2)不同单体种类及配比对胶粘剂耐水性的影响由于砂布磨具所用的胶粘剂不耐水,所以砂布基本上是在干磨状态下使用,加工时粉尘污染严重。本试验对合成的胶乳制成膜进行了耐水性试验,其结果见表2。
由表2数据可知,第1组配方的耐水性较差,后面2组配方的耐水性较好,其原因是后面两组配方中加入了耐水性单体苯乙烯。
2.2 乳化剂的配比及用量对胶乳性能的影响
(1)乳化剂的配比对胶乳性能的影响通常,聚合反应选用阴离子与非离子乳化剂复配,以达到反应过程稳定进行的目的。但这两种乳化剂的配制比例对胶乳的性能有影响。表3为不同配比的复合乳化剂对胶乳的拉伸剪切强度和耐水性的影响结果。
由表3数据可知,第4组复配乳化剂的强度最高,耐水性最好。因此,最合适的乳化剂配比为ＳＬＳ/ＯＰ-10=2/3。(2)乳化剂的用量对胶乳性能的影响乳化剂的不同用量对胶乳性能的影响试验结果见表4。
试验证明,随着乳化剂用量的增加,乳液的稳定性提高,但是其胶粘强度及耐水性等均呈下降趋势。因此,为了得到高性能的乳液,应在保证乳液稳定的前提下,尽可能减少乳化剂的用量。由表4数据可知,2号基础配方的强度最高,耐水性较好,考虑到兼顾强度和耐水性,乳化剂的优化用量为2 5ｇ。
2.3交联剂的用量对胶乳性能的影响
由于Ｎ ＭＡ在高温时可以自身缩合,脱去水和甲醛形成交联网状结构,从而提高乳胶的耐水、耐磨等性能,故本试验中选用Ｎ ＭＡ作为交联剂。Ｎ ＭＡ的用量对乳胶性能的影响见表5。由表5数据可知,Ｎ ＭＡ用量在2 7～3 4ｇ之间最合适。在此范围内随着Ｎ ＭＡ用量的增加,乳胶的粘附牢度、耐水性和拉伸剪切强度提高。而超出此范围,随着Ｎ ＭＡ用量的增加,乳胶的粘附牢度、耐水性和拉伸剪切强度反而下降。
3 结语
(1)不同的单体种类组合使乳胶与棉布纤维粘接吸附的牢度不同;加入Ｓｔ、ＥＡ,乳胶的耐磨性、耐水性提高。(2)复合乳化剂的最佳配比可提高乳胶的拉伸剪切强度及耐水性。乳化剂的优化配比为ＳＬＳ/ＯＰ 10=2/3。(3)乳化剂用量的增加可使乳胶的拉伸剪切强度及耐水性下降。(4)Ｎ ＭＡ用量在2 7～3 4ｇ之间最合适。
