專利名稱：用于高強度聚乙烯無緯布生產的高分子膠粘劑及制備方法
技術領域：
本發明是關于一種專門用于生產高強度聚乙烯無緯布的液體膠粘劑及其制備方法。
背景技術：
高強度聚乙烯纖維是一種分子鏈高度取向的尖端高分子材料，它比發絲還細，但是其單位重量的強度要勝于鋼絲，學術界有人稱之為“一維金剛石”。制備這種高強度纖維的原料是超高分子量的線型聚乙烯，從無規取向的聚乙烯原料加工成單一方向高度取向的聚乙烯纖維需要經過一系列復雜的工藝流程，這種技術在國際上高度保密，但是近期在國內獲得突破，形成自主知識產權，目前已經能夠批量生產高強度聚乙烯纖維，實現了產業化。
從高強度聚乙烯纖維到無緯布又是一個技術門檻。所謂無緯布就是指不經過一般的經線緯線交叉編織工藝，直接將纖維平鋪并用膠粘劑粘合在一起而形成的薄層布。如果將各層按垂直方式交替疊加，經過壓制、粘合成型就可以制成板狀材料。就無緯布制品的抗沖擊能力而言，聚乙烯纖維的強度固然重要，但是粘合劑的粘結性能同樣起到了關鍵的作用，在眾多的高分子復合材料中，纖維與樹脂的粘結性常常是復合材料最終性能好壞的關鍵，其中的道理是顯而易見的。眾所周知，聚乙烯是一種沒有極性基團的聚合物，高度取向的聚乙烯纖維具有非常光滑的表面，這使得它的表面粘結性非常的差，一般的市售粘合劑要么無法起到滿意的粘合作用，要么無法滿足無緯布制作工藝的需要，因此開發專用膠粘劑成為一項非常重要的工作。
根據技術需要專用膠應該有三個特點首先是在常溫下與聚乙烯纖維表面有較好的粘合性，這種粘合性與普通使用的粘合劑的表現行為是有區別的，常見的粘合性是使兩種界面處于固定的“抱死”狀態，這種方式有利于抵御靜態的外力，但不利于抗動態的沖擊力，作為防彈用品的無緯布其抗沖擊的原理是“以柔克剛”，即將子彈的動能在其行進過程中消耗殆盡，在防彈衣上留下彈坑，但不穿透傷及人體，這就要求內部的粘合材料在纖維相對滑動過程中仍然保持粘結性，換句話說，粘合層在遭受外力破壞后具有一定的自愈合能力；其次是要有很好的彈性，抗沖擊材料一般都有一定的彈性，彈性介質能夠傳遞、分散應力，使盡可能多的聚乙烯纖維能夠在瞬間吸收外部能量，使之轉變成熱能，熱能進一步通過聚乙烯的熔化來吸收；三是要有適當的粘度，無緯布制作過程中要求膠粘劑的用量不超過10％，膠粘劑一般用易揮發的汽油作溶劑，粘度過大會影響纖維涂膠的均勻，甚至超過用膠限量，而粘度過小就意味著濃度過低或者分子量過小，這樣會造成效率偏低或者膠粘劑彈性不足。
按照本發明提供的配方與制作工藝，所制備的專用膠粘劑都能符合以上三個要求。
發明內容
本發明所要解決的首要技術問題是提供一種用于高強度聚乙烯無緯布生產的高分子膠粘劑，它配伍簡單合理，容易制造使用，成本低。
本發明所要解決的另一個技術問題是提供生產上述高分子膠粘劑的制備方法，它生產設備簡單，成本相對較低，生產過程中能夠避免產生污染物。
本發明解決上述首要技術問題所采用的技術方案為一種用于高強度聚乙烯無緯布生產的高分子膠粘劑，其特征在于為一種聚合物的汽油混合溶液，分別含有聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑松香以及增塑劑，溶質在膠粘劑的重量濃度在20％到28％范圍，黏度在35Pa.s到38Pa.s范圍，所述的溶質聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑松香以及增塑劑三種成份的重量比例為聚苯乙烯改性的天然橡膠重量在80％到90％的范圍；增粘劑松香的重量在8％到15％的范圍；增塑劑的重量在2％到5％的范圍。
有益的是，上述聚苯乙烯改性的天然橡膠，天然橡膠的主要成分是順式的聚異戊二烯，用苯乙烯對它進行改性可以提高它的力學強度，將天然橡膠在雙螺桿擠出機中用力化學法使之降解的同時與苯乙烯單體發生共聚，產生改性后的共聚物，共聚物經過切粒后水冷，干燥備用，上述擠出過程的溫度一般控制在130℃到150℃范圍，螺桿的轉速控制在每分鐘140到180轉范圍，平均停留時間在25秒至35秒范圍。非常有益的是，在上述力化學過程中，苯乙烯的重量控制在相當于天然橡膠重量的10％到15％范圍之內，所產生的共聚物具有比較好的彈性與強度，同時殘留的苯乙烯單體含量非常少。
有益的是，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二異壬酯或者是鄰苯二甲酸二異癸酯。
本發明解決上述另一個技術問題所采用的技術方案為一種高強度聚乙烯無緯布生產使用的高分子膠粘劑制備方法，它首先按照所述的比例將改性后的天然橡膠顆粒在15-25度溫度下在汽油中浸泡50分鐘至70分鐘，浸泡前的顆粒尺寸在2-4毫米左右，溶脹后的顆粒變軟，尺寸增加3-4倍，這時液體的粘度還是很小，然后用膠體磨將溶脹后的顆粒研磨成糊狀，在這個過程中聚合物還會發生降解，最后得到的聚合物數均分子量一般在60000到30000之間，經過研磨后聚合物的溶解速率大大加快，由此提高了生產效率。在第三個階段中，聚合物完全溶解在汽油中，同時增粘劑松香和增塑劑也按照所述的的比例加入到溶液中，最終得到的溶液的溶質含量在20％到28％之間，粘度在35Pa.s到38Pa.s范圍。溶解時間在3-4小時。
有益的是，所述的浸泡60分鐘，溫度采用室溫，所述的膠體磨采用分體式膠體磨，一次性將溶脹后的顆粒研磨成糊狀。
與現有技術相比，本發明的優點在于專用膠粘劑完全符合無緯布生產工藝要求，生產設備簡單，成本相對較低，在整個操作過程中，可以采用封閉裝置，以避免汽油的大量揮發而影響濃度，上述制備方法不產生廢氣、廢水與副產物，沒有明顯污染環境的不利因素，所以生產過程中不產生污染物，由于采用強疏水的膠粘劑，無緯布不但防彈效果較好，而且還能長期防水，在水中浸泡一年，其防彈性能沒有變化，這比用其它極性高分子材料制成防彈器材要優越。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例子1天然橡膠的改性天然橡膠經過切割制成小顆粒，然后加入相當于橡膠重量12.5％的苯乙烯單體，充分混合，苯乙烯單體完全被橡膠吸收。用一臺雙螺桿擠出機對橡膠顆粒進行加工，控制擠出溫度在140℃范圍，螺桿轉速在每分鐘160轉范圍，橡膠在擠出機中的停留時間應該在半分鐘左右，在這段時間內橡膠的分子鏈被機械力所斷裂，同時引發苯乙烯聚合并形成共聚物。擠出的熔體經過切粒水冷，最后得到固體粒子，干燥備用。
橡膠顆粒的溶脹經過改性后的橡膠粒子與普通汽油在一個封閉容器中按照1∶3的重量比混合，約一個小時后，橡膠粒子充分溶脹，尺寸增大了3-4倍，但液體的粘度并不大。將溶脹的粒子以及溶液倒入到JM-FB60型分體式膠體磨的漏斗中，用中等細度進行研磨，最后得到糊狀物。
粘合劑溶液的配置溶脹后的糊狀物轉移到另一個帶有攪拌器的容器中，事先將搗碎后的松香以及增塑劑放入容器中，補加一定量的汽油，以保證最終溶液的重量濃度在20％到28％之間，橡膠粒子、松香以及增塑劑的重量分別占總溶質的85％、11.5％以及3.5％，增塑劑采用鄰苯二甲酸二異辛酯，它的用量隨松香的增加而增加，基本上保持在1∶3與1∶4之間。攪拌速率一般在每分鐘1-2轉，隨著橡膠的不斷溶解，體系的粘度也會相應增加，攪拌器必須施加更大的力度以保證轉速恒定，整個溶解過程需要3到4個小時，最終得到非常粘稠的溶液，其粘度應在38Pa.s到35Pa.s范圍，溶液中聚合物的數均分子量在60000到30000之間，分子量的分布一般不是正態分布，有時可能出現雙峰，這對粘合性能并無大的影響。
實施例子2天然橡膠的改性天然橡膠經過切割制成小顆粒，然后加入相當于橡膠重量10％的苯乙烯單體，充分混合，苯乙烯單體完全被橡膠吸收。用一臺雙螺桿擠出機對橡膠顆粒進行加工，控制擠出溫度在130℃范圍，螺桿轉速在每分鐘180轉范圍，橡膠在擠出機中的停留時間應該在半分鐘左右，在這段時間內橡膠的分子鏈被機械力所斷裂，同時引發苯乙烯聚合并形成共聚物。擠出的熔體經過切粒水冷，最后得到固體粒子，干燥備用。
橡膠顆粒的溶脹經過改性后的橡膠粒子與普通汽油在一個封閉容器中按照1∶3的重量比混合，約一個小時后，橡膠粒子充分溶脹，尺寸增大了3-4倍，但液體的粘度并不大。將溶脹的粒子以及溶液倒入到JM-FB60型分體式膠體磨的漏斗中，用中等細度進行研磨，最后得到糊狀物。
粘合劑溶液的配置溶脹后的糊狀物轉移到另一個帶有攪拌器的容器中，事先將搗碎后的松香以及增塑劑放入容器中，補加一定量的汽油，以保證最終溶液的重量濃度在20％到28％之間，橡膠粒子、松香以及增塑劑的重量比例是80％、8％以及2％，增塑劑采用鄰苯二甲酸二異壬酯，它的用量隨松香的增加而增加，基本上保持在1∶3與1∶4之間。攪拌速率一般在每分鐘1-2轉，隨著橡膠的不斷溶解，體系的粘度也會相應增加，攪拌器必須施加更大的力度以保證轉速恒定，整個溶解過程需要3到4個小時，最終得到非常粘稠的溶液，其粘度應在38Pa.s到35Pa.s范圍，溶液中聚合物的數均分子量在60000到30000之間，分子量的分布一般不是正態分布，有時可能出現雙峰，這對粘合性能并無大的影響。
實施例子3天然橡膠的改性天然橡膠經過切割制成小顆粒，然后加入相當于橡膠重量15％的苯乙烯單體，充分混合，苯乙烯單體完全被橡膠吸收。用一臺雙螺桿擠出機對橡膠顆粒進行加工，控制擠出溫度在150℃范圍，螺桿轉速在每分鐘140轉范圍，橡膠在擠出機中的停留時間應該在半分鐘左右，在這段時間內橡膠的分子鏈被機械力所斷裂，同時引發苯乙烯聚合并形成共聚物。擠出的熔體經過切粒水冷，最后得到固體粒子，干燥備用。
橡膠顆粒的溶脹經過改性后的橡膠粒子與普通汽油在一個封閉容器中按照1∶3的重量比混合，約一個小時后，橡膠粒子充分溶脹，尺寸增大了3-4倍，但液體的粘度并不大。將溶脹的粒子以及溶液倒入到JM-FB60型分體式膠體磨的漏斗中，用中等細度進行研磨，最后得到糊狀物。
粘合劑溶液的配置溶脹后的糊狀物轉移到另一個帶有攪拌器的容器中，事先將搗碎后的松香以及增塑劑放入容器中，補加一定量的汽油，以保證最終溶液的重量濃度在20％到28％之間，橡膠粒子、松香以及增塑劑的重量比例是90％、15％以及5％，增塑劑采用鄰苯二甲酸二異癸酯，它的用量隨松香的增加而增加，基本上保持在1∶3與1∶4之間。攪拌速率一般在每分鐘1-2轉，隨著橡膠的不斷溶解，體系的粘度也會相應增加，攪拌器必須施加更大的力度以保證轉速恒定，整個溶解過程需要3到4個小時，最終得到非常粘稠的溶液，其粘度應在38Pa.s到35Pa.s范圍，溶液中聚合物的數均分子量在60000到30000之間，分子量的分布一般不是正態分布，有時可能出現雙峰，這對粘合性能并無大的影響。
最后要說明的一點是橡膠粒子、松香以及增塑劑的重量是相對重量。
權利要求
1.一種用于高強度聚乙烯無緯布生產的高分子膠粘劑，其特征在于它是一種聚合物的汽油混合溶液，分別含有聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑松香以及增塑劑，溶質在膠粘劑中的重量濃度在20％到28％范圍，黏度在35Pa.s到38Pa.s范圍，所述的溶質聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑松香以及增塑劑三種成份的重量比例為聚苯乙烯改性的天然橡膠重量在80％到90％的范圍；增粘劑松香的重量在8％到15％的范圍；增塑劑的重量在2％到5％的范圍。
2.根據權利要求1所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的聚苯乙烯改性的天然橡膠，其改性是在雙螺桿擠出機中通過力化學手段實施，其中苯乙烯的重量控制在相當于天然橡膠重量的10％到15％范圍之內，擠出溫度控制在130℃到150℃范圍，螺桿轉速控制在每分鐘140到180轉范圍，平均停留時間在25秒至35秒范圍。
3.根據權利要求1所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二異壬酯或者是鄰苯二甲酸二異癸酯。
4.一種權利要求1所述的高分子膠粘劑的制備方法，其特征在于步驟依次為a)按照所述的比例將聚苯乙烯改性的天然橡膠顆粒于15度至25度溫度下在汽油中浸泡50分鐘至70分鐘，溶脹后顆粒變軟，尺寸增加3-4倍；b)用膠體磨將溶脹后的顆粒研磨成糊狀；c)在攪拌下聚合物完全溶解在汽油中，同時增粘劑松香和增塑劑也按照所述的比例加入到溶液中，溶解所需的時間為3到4個小時。
5.根據權利要求4所述的高分子膠粘劑的制備方法，其特征在于所述的聚苯乙烯改性的天然橡膠，其改性是在雙螺桿擠出機中通過力化學手段實施，其中苯乙烯的重量控制在相當于天然橡膠重量的10％到15％范圍之內，擠出溫度控制在130℃到150℃范圍，螺桿轉速控制在每分鐘140到180轉范圍，平均停留時間在25秒至35秒范圍。
6.根據權利要求5所述的高分子膠粘劑的制備方法，其特征在于所述的浸泡60分鐘，溫度為室溫。
7.根據權利要求5所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的膠體磨采用分體式膠體磨，一次性將溶脹后的顆粒研磨成糊狀。
全文摘要
本發明是關于一種專門用于生產高強度聚乙烯無緯布的膠粘劑及其制備方法，它是一種含有聚苯乙烯改性天然橡膠、增粘劑松香以及增塑劑的汽油混合溶液，能使高強度聚乙烯纖維粘合成無緯布，具有較好的抗沖擊性能，進一步加工可制成各種防彈器具。這種膠粘劑不但有很好的粘性和彈性，而且具有很強的防水性，其生產工藝環保、設備要求簡單、成本相對較低，在以高強度聚乙烯纖維為基礎的高分子尖端材料中具有重要的用途。
文檔編號C09J125/06GK101016442SQ200610049300
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月8日 優先權日2006年2月8日
發明者張瑞豐, 侯琳熙, 肖通虎 申請人:寧波大學