水溶性丙烯酸树脂固体胶的研制
以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸为单体，采用乳液聚合法制得了丙烯酸树脂。
当甲基丙烯酸的用量占总单体量的40%以上时，经碱中和得到完全溶于水的丙烯酸树脂。
以水溶性丙烯酸树脂为胶粘剂原料制得了固体胶，探讨了固体胶的硬度与硬脂酸钠浓度、水溶性丙烯酸酯树脂浓度的关系。
在灌装温度为85 ℃时，水溶性丙烯酸树脂固体胶的黏度仅为聚乙烯吡咯烷酮固体胶黏度的1/3。
制得的固体胶经测试符合企标要求。
标签：水溶性丙烯酸树脂；固体胶；黏度；硬度
固体文具胶（简称固体胶）具有原料易得、制造简单、保存期长、便于携带、使用方便和粘接牢固等特点，近年来已逐渐代替传统的液体文具胶和浆糊，具有广阔的市场应用前景。
固体文具胶通常有4个主要成分：胶粘剂、赋形剂、溶剂和保湿剂。
此外还可以加入各种添加剂，如填料、香料、作色剂和改性剂等。
其中关键成分是胶粘剂。
随着研究的不断深入和发展，出现了聚乙烯吡咯烷酮固体胶[1～3]、聚乙烯醇固体胶[4～7]、水性聚氨酯乳液固体胶[8～9]、淀粉醚固体胶[10]和水性环氧树脂固体胶[11]。
目前市售的固体胶主要有2类，一类是聚乙烯醇固体胶，这类胶具有价格便宜、胶液黏度小及容易灌装等优点，但存在含游离甲醛、固含量较低和容易收缩等不足之处；另一类是聚乙烯吡咯烷酮固体胶，这类胶具有不含甲醛、固含量较高、不易收缩以及粘接性较好等特点，但具有价格贵、胶液黏度大和不易灌装等缺陷。
本研究以水溶性丙烯酸树脂为主体材料生产固体胶，通过优化软硬单体和功能性单体的比例，利用功能性单体—COOH进行中和，生成了—COONa，改善了固体胶的收缩性；优化了固体胶的配方和生产工艺，降低了固体胶高温灌装时的黏度，提高了生产效率，次品率随之降低。
1 实验部分
1.1 实验原料
甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸，工业级，上海华谊丙烯酸有限公司；反应性乳化剂（COPS-1），工业级，罗地亚公司；过硫酸钾，分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司；硬脂酸、甘油，工业级，杭州油脂化工有限公司；氢氧化钠，工业级，新疆天业（集团）有限公司；防腐剂（Promex20D），工业级，英国普隆化学股份有限公司。
1.2 实验仪器
OS-1型硬度计，REX GAUGE COMPANY INC ；DV-1型旋转黏度计，上海群昶科学仪器有限公司；BP-10型pH计，赛多利斯科学仪器有限公司；WMZK-01型温度指示控制仪，上海医用仪表厂。
1.3 实验制备
1.3.1 水溶性丙烯酸树脂的合成
在预乳化装置中，加入规定量的去离子水和乳化剂，搅拌至完全溶解，加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯，高速搅拌30 min，形成预乳液。
在反应釜中，加入规定量的水、乳化剂和15%的预乳液，升温至84 ℃时，加入一定量的引发剂，约0.5 h乳液出现淡蓝光，保持温度在84 ℃左右，同时滴加余下的预乳液和引发剂，控制在3 h左右加完。
待预乳液滴加完毕，升温至90 ℃左右，保温反应1 h，以确保反应完全。
降温至50 ℃，加入NaOH溶液调节pH值在7～8，得到固含量约34%的水溶性丙烯酸树脂溶液。
1.3.2 固体胶的制备
在反应釜中，按一定比例加入水溶性丙烯酸树脂溶液、甘油和硬脂酸，升温至70 ℃左右，搅拌均匀并在不断搅拌下，再缓慢加入氢氧化钠溶液，中和至pH 值为9左右，加入防腐剂，在85 ℃保温数小时，静置消泡。
将胶液注入模具中，冷却成型后即得固体胶。
1.4 性能测定
（1）硬度：采用硬度计进行测定。
（2）黏度：采用旋转黏度计进行测定（恒温下）。
（3）固体胶性能：按照QB/T 2857—2007标准进行测定[12]。
2 结果与讨论
2.1 甲基丙烯酸用量与丙烯酸树脂水溶性的关系
通过FOX公式设计和计算丙烯酸树脂软硬单体、第3单体的配比，保持理论计算的玻璃化温度（Tg）在55 ℃，改变甲基丙烯酸（MA）在单体中所占的比例，测定中和到pH值为7～8时丙烯酸树脂的水溶性，结果如表1所示。
由表1可知：要得到水溶性的丙烯酸树脂，甲基丙烯酸的用量必须大于40%，因为树脂的水溶性依赖于树脂中甲基丙烯酸的—COOH中和成—COONa的程度，故—COOH的量和中和程度会影响树脂的水溶性。
当中和到pH值大于7～8
时，丙烯酸树脂的颜色由乳白色转变成无色透明。
2.2 硬脂酸钠用量与固体胶硬度的关系
固体胶必须具有良好的赋形性和足够的机械强度，以便人们在使用时能使其顺利地随底座的旋转而自由地进出，所以必须加入适当的赋形剂（固化剂）。
本研究选用硬脂酸钠作为赋形剂。
固体胶的赋形性和机械强度可以用硬度来衡量。
固体胶的硬度对固体胶在纸面的上胶量、粘接性有直接关系。
在固定水溶性丙烯酸树脂溶液（固含量为34%）用量为70%、保湿剂8%和防腐剂0.2%的条件下，改变硬脂酸钠的含量，考查硬脂酸钠用量对硬度的影响，结果如表2所示。
由表2可知：随着硬脂酸钠用量的增加，固体胶的硬度增加。
如果硬脂酸钠的用量过大，则固体胶难以浸湿纸张，造成粘接性大大下降；若硬脂酸钠用量过小，则固体胶过软，旋出来后难以旋回去。
因此，硬脂酸钠最佳用量为 6.0%～6.5%。
2.3 水溶性丙烯酸树脂用量与固体胶硬度的关系
在固定硬脂酸钠6.5%、保湿剂8%和防腐剂0.2%的条件下，加入水溶性丙烯酸酯树脂，考查其含量对固体胶硬度的影响，结果如表3所示。
由表3可知：固体胶的硬度随水溶性丙烯酸酯树脂用量的增加而增大，但当树脂用量增大到一定值时，硬度将保持不变。
所以，适宜的水溶性丙烯酸酯树脂用量为70%左右。
2.4 水溶性丙烯酸树脂固体胶的黏度
按照水溶性丙烯酸酯树脂70%（质量分数，下同）、硬脂酸钠 6.5%、甘油8%、防腐剂0.2%和水15.3%的配比配制成水溶性丙烯酸树脂固体胶。
按聚乙烯吡咯烷酮23%、硬脂酸钠6.5%、甘油8%、防腐剂0.2%和水62.3%配制成聚乙烯吡咯烷酮固体胶。
用旋转黏度计测量2种固体胶胶液在灌装温度为85 ℃时的黏度，结果如表4所示。
由表4可知：在85 ℃灌装温度下，水溶性丙烯酸树脂固体胶的黏度要比聚乙烯吡咯烷酮固体胶低得多，仅为聚乙烯吡咯烷酮固体胶黏度的1/3左右。
因此生产水溶性丙烯酸树脂固体胶时，热胶液的流动性要好，胶液容易灌装到管体的底部，灌装时产生的气泡也容易上浮到灌装模板上面，提高生产效率，并降低次品率。
2.5 水溶性丙烯酸树脂固体胶的配方和性能
按照水溶性丙烯酸酯树脂70%、硬脂酸钠6.5%、甘油8%、防腐剂0.2%和水15.3%的配比配制得到固体胶棒并进行性能测试，结果如表5所示。
从实验结果可知，用水溶性丙烯酸树脂生产的固体胶产品，其所有指标均达到或超过《QB/T2857—2007固体胶》的规定。
3 结论
采用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸单体进行乳液聚合，在甲基丙烯酸的用量占总单体量的40%以上时，经碱中和可得到完全溶于水的丙烯酸树脂。
采用水溶性丙烯酸树脂制备固体胶时，固体胶的硬度随硬脂酸钠用量的增加而增大，较适合的硬脂酸钠用量为6.0%～6.5%。
固体胶的硬度随水溶性丙烯酸酯树脂用量的增加而增大，适宜的水溶性丙烯酸酯树脂用量为70%左右。
当灌装温度为85℃时，水溶性丙烯酸树脂固体胶的黏度仅为聚乙烯吡咯烷酮固体胶黏度的1/3。
大幅度降低了固体胶灌装时的黏度，提高了生产效率，次品率随之降低。
采用水溶性丙烯酸酯树脂70%、硬脂酸钠6.5%、甘油8%、防腐剂0.2%和水15.3%制得的固体胶棒经测试符合国标要求。
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