Ein Überblick über wasserbasierte Klebstoffe auf Polyvinylacetat- und Copolymerbasis
2026-04-03
Was sind wasserbasierte Klebstoffe?
Ein wasserbasiertes Klebstoff ist ein Klebstoff, bei dem Wasser als Dispersionsmedium dient; er wird auch als „Wasserbasis-Klebstoff“ bezeichnet und umfasst hauptsächlich wasserlösliche, wasserdispergierbare sowie wasserlotionartige Klebstoffe. Zu den wasserlöslichen Klebstoffen zählen Lösungen synthetischer Polymere wie Polyvinylalkohol und Harnstoff-Formaldehyd-Harz; repräsentativ für die wasserdispergierbaren Typen sind wasserbasierte Polyurethane und Epoxidharze. Der wasserlotionartige Typ besteht aus synthetischen Harzen wie Polyvinylacetat, Neoprenlatex oder Kautschuklotion.
Wasserbasierte Klebstoffe härten durch Verdunstung oder Absorption von Wasser aus und zeichnen sich durch Umweltfreundlichkeit, niedrige Kosten und Nichtbrennbarkeit aus. Allerdings weisen sie Einschränkungen auf, wie eine langsame Verdunstungsrate und eine geringe Haftfestigkeit auf unpolaren Materialien.
Zusammensetzung von Polyvinylacetat- und Copolymer-Wasserbasisklebstoffen
Die meisten wasserbasierten Klebstoffe von Polyvinylacetat und seine Copolymere verwenden Polyvinylacetat-Homopolymer-Emulsionen. Im Allgemeinen, Polyvinylalkohol Als Schutzkolloid wird ein Produkt mit einem Hydrolysegrad von etwa 80 % eingesetzt, während Peroxide als Initiatoren verwendet werden; der Feststoffgehalt beträgt ungefähr 50 %. Die Latexpartikelgröße liegt im Bereich von 0,5 bis 2 μm, und die Viskosität beträgt üblicherweise 3 bis 20 Pa·s. Zu den Hauptrohstoffen für die Synthese wasserbasierter Polyvinylacetat-Klebstoffe zählen Monomere, Dispersionsmedien, Initiatoren, Emulgatoren, Schutzkolloide, Weichmacher, Regulatoren, Füllstoffe, Entschäumer, Gefrier-Tau-Stabilisatoren sowie weitere Additive.
Vinylacetat-Monomer
Vinylacetat-Monomer wird kurz „VAC“ genannt. Sein Molekulargewicht beträgt 86,1, sein Siedepunkt 73 °C, und sein Azeotrop-Siedepunkt mit Wasser liegt bei etwa 64 bis 66 °C. VAC ist in Wasser leicht löslich (bei 20 °C beträgt seine Löslichkeit 2,5 g), wobei es leicht hydrolysiert. Das dabei entstehende Hydrolysat, Essigsäure, kann die Polymerisationsreaktion stören. Gleichzeitig ist VAC auch ein Monomer mit hoher Hydrophilie. Bei der Lotion-Copolymerisation ist es daher äußerst wichtig, den Rückfluss sorgfältig zu kontrollieren.
Während der Lagerung neigt VAc zur Selbstpolymerisation; daher müssen Polymerisationsinhibitoren wie Anilin, Kupferacetat und Hydrochinon zugesetzt werden. Gegenwärtig enthält technisches Vinylacetat in der Regel 5 bis 15 mg/kg 4-Methoxyphenol (MEHG) als Inhibitor. Dieser Inhibitor muss nicht entfernt werden und kann direkt eingesetzt werden, ohne die Polymerisationsleistung zu beeinträchtigen.
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Polyvinylacetatemulsion werden dem Homopolymer-System gezielt weitere Comonomere zur Modifizierung zugesetzt. Typischerweise 0,1 % bis 0,5 %. Acrylsäure wird zur grundlegenden Verbesserung zugesetzt; Methylmethacrylat erhöht die Wärmebeständigkeit; Butylacrylat verbessert das Verhalten bei niedrigen Temperaturen; und N-Methylolacrylamid wird eingesetzt, um die Wasserbeständigkeit zu steigern.
Dispersionsmedium
Das Dispersionsmedium ist hauptsächlich reines Wasser, das einer Entsalzungs- und Entchlorierungsbehandlung unterzogen wurde. Wasser wird als umweltfreundliches Dispersionsmedium eingesetzt, da es keine Verschmutzung verursacht, kostengünstig ist und sich leicht temperaturkontrollieren lässt.
Initiator
Die für die Herstellung von Polyvinylacetat-Emulsionen eingesetzten Initiatorsysteme lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: thermische Initiatorsysteme und Redox-Initiatorsysteme.
Thermische Initiatorsysteme sind für Polymerisationstemperaturen zwischen 75 und 85 °C geeignet; Ammoniumpersulfat ist dabei das am häufigsten verwendete Initiatormittel. In einigen Fällen werden Redoxsysteme eingesetzt, um das Molekulargewicht des Polymers zu erhöhen und damit die Wasserbeständigkeit sowie die Kältebeständigkeit des Klebefilms zu verbessern.
Grundlegende Eigenschaften von PVAc-Emulsionen, die mit verschiedenen Redoxinitiierungssystemen hergestellt wurden
Redox-System |
Konversionsrate (%) |
Viskosität (25 °C) / mPa·s |
Frost-Tau-Stabilität |
pH-Wert |
TBHP/SFS |
98.8 |
5900 |
2 |
4.5 |
Na₂S₂O₈/NaHSO₃ |
99.2 |
2400 |
5 |
3.5 |
H₂O₂/TA |
99.0 |
99.0 |
5 |
3.4 |
Emulgator
Bei der Auswahl von Emulgatoren sind deren kritische Mizellkonzentration (CMC), hydrophile-lipophile Balance (HLB) sowie die Iontypen zu berücksichtigen. Zu den häufig verwendeten nichtionischen Emulgatoren zählen Alkylphenol-Polyoxyethylenether (OP-10, NP-10 und TX100), während anionische Emulgatoren wie Natriumalkylsulfat und Natriumalkylbenzolsulfonat in Konzentrationen von 0,01 % bis 5 % eingesetzt werden.
Schutzkolloid
Seine Hauptfunktion besteht darin, auf der Oberfläche der Latexpartikel eine hydratisierte Schutzschicht zu bilden, die einen sterischen Hinderungseffekt ausübt und somit das Koagulieren der Latexpartikel verhindert. Häufig verwendete Schutzkolloide sind Polyvinylalkohol, Tierleim, Gelatine, Methylcellulose, Gummi arabicum und Natriumpolyacrylat .
Puffermittel
Die Funktion besteht darin, den pH-Wert des Polymerisationssystems einzustellen und die Zersetzungsrate des Initiators zu steuern. Gelegentlich ist im Lotionspolymerisationssystem zur Steuerung der Zersetzungsrate des Initiators auch eine geeignete Menge eines Chelatbildners (EDTA) erforderlich.
Weichmacher
Ihre Funktion besteht darin, PVAc-Emulsionsklebstoffen bei niedrigeren Temperaturen gute filmbildende Eigenschaften und Haftfestigkeit zu verleihen. Häufig verwendete Weichmacher sind Alkylphthalate und aromatische Phosphate, wie Dibutylphthalat (DBP) , Dioctylphthalat (DOP) , und Tricresylphosphat (TCP).
Molekulargewichtsregulator
Molekulargewichtsregulatoren, auch als Kettenübertragungsagentien bezeichnet, steuern das Molekulargewicht der Polymerketten. Häufig verwendete Mittel sind Tetrachlorkohlenstoff, Mercaptane, Polysulfide usw. Da Tetrachlorkohlenstoff nicht umweltfreundlich ist, werden vor allem stark hydrophobe Alkylmercaptanverbindungen eingesetzt. Erstere sind nicht nur umweltfreundlich, sondern verringern auch die Stabilität der Lotionspolymerisation; letztere haben hingegen keinen Einfluss auf die Stabilität der Lotionspolymerisation. Polysulfide werden nur selten verwendet und finden sich eher bei der Synthese von Neoprenlatex.
Füllstoff
Die Zugabe von Füllstoffen zum System kann die Kosten senken, den Feststoffgehalt und die Viskosität erhöhen, die Permeabilität verringern und die Füllleistung verbessern. Füllstoffe werden in zwei Typen unterteilt: organische Füllstoffe und anorganische Füllstoffe.
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