聚乙酸乙烯酯(PVAC),又名聚醋酸乙烯酯。是
乙酸乙烯酯(醋酸乙烯酯)的
聚合物,化学式为(C4H6O2)n,无色黏稠液或淡黄色透明玻璃状颗粒,溶于苯、
丙酮和
三氯甲烷等溶剂。
研究简史
聚乙酸乙烯酯(Polyvinyl acetate,简称PVAc)的研究始于20世纪初。1912年,德国化学家Fritz Klatte首次通过乙酸乙烯酯的聚合合成了该物质,并获得了相关专利。在1920年代,随着聚合技术的进步,聚乙酸乙烯酯开始工业化生产,最初用于制造安全玻璃的中间层。第二次世界大战期间,由于其良好的粘接性能,被广泛用于军事和民用胶粘剂。1950年代以后,随着
聚乙烯醇(PVA)的发展(聚乙酸乙烯酯的水解产物),其在纺织和造纸工业中的应用进一步扩展。近年来,环保型水基胶粘剂的兴起推动了聚乙酸乙烯酯的改性研究,如共聚物开发以适应更多领域需求。
理化性质
物理性质
聚乙酸乙烯酯通常为白色至微黄色的固体或乳液形式,无臭无味。其物理性质取决于
分子量和
聚合度。
玻璃化转变温度(Tg)约为28-30°C,熔点在60-90°C范围内(取决于分子量,低分子量版本熔点较低)。密度约为1.19 g/cm3(20°C)。它不溶于水,但可溶於有机溶剂如丙酮、乙酸乙酯和醇类。在水中的溶解度极低,但能形成稳定的乳液。闪点约为200°C(闭杯),表明其可燃性较低。热稳定性一般,在高温下可能分解。
化学性质
聚乙酸乙烯酯由乙酸乙烯酯单体通过
聚合反应制得,化学式为 (C4H6O2)n,其化学性质主要由其酯基团决定。它具有亲电性,易于发生水解反应,在酸性或碱性条件下可水解为聚乙烯醇和乙酸。水解反应方程式为:
(C4H6O2)n+nH2O→(C2H4O)n+nCH3COOH
此外,它能与醛类发生交联反应,提高耐水性和强度,例如与甲醛反应形成缩醛结构。氧化性较弱,在空气中缓慢氧化,但不易被常见氧化剂如高锰酸钾氧化。电负性较低,属于非极性聚合物,因此具有良好的绝缘性。反应活性中等,常用于作为其他聚合物的改性剂或共聚单体。
制备方法
聚乙酸乙烯酯的工业化制备主要通过乙酸乙烯酯单体的自由基聚合完成。反应原料包括乙酸乙烯酯单体、引发剂(如过氧化苯甲酰或
偶氮二异丁腈)、以及溶剂(如水或有机溶剂)。聚合条件:温度通常在60-80°C,压力为常压,反应时间约2-8小时。
可能的副产物包括低分子量低聚物或交联聚合物,后处理通过沉淀、洗涤和干燥来纯化,得到固体或乳液产品。实验室制备可采用溶液聚合或乳液聚合,路径类似,但规模较小,物质配比可参考文献,如单体与引发剂的质量比约为100:1。反应式如下:
n CH2=CHOCOCH3→[−CH2−CH(OCOCH3)-]n
如果涉及高纯度要求,可通过重结晶或色谱法进一步纯化,但工业化生产以乳液形式直接使用为主。
应用领域
在工业领域,它主要用于制造
水基胶粘剂(如白胶),占全球胶粘剂市场的显著份额;此外,用于涂料和油漆作为成膜剂,提供良好的附着力和耐久性。
在农业领域,作为种衣剂或肥料包衣材料,改善作物保护。
在医疗领域,虽非直接药物,但用于药用辅料,如药片包衣或缓释载体,确保药物稳定性和生物相容性。
在科研领域,作为模型聚合物用于研究聚合机理和材料科学。在日常生活中,常见于木材粘接、纸张加工和化妆品中作为增稠剂。
安全信息
聚乙酸乙烯酯的安全性较高。环境危害低,不易生物积累,但大量排放可能影响水生生态系统。
健康危害:接触皮肤或眼睛可能引起轻微刺激,吸入粉尘可能导致呼吸道不适,但无致癌性或致突变性。
应急消防措施:如泄漏,用吸附材料清理;使用水、泡沫或二氧化碳灭火器,避免产生有毒烟雾。
防护措施:操作时戴手套和护目镜,确保通风。
安全风险描述:可燃,但火险较低,储存时避免高温和明火。
毒理性:急性口服LD50(大鼠)大于5000mg/kg,无特异性器官损害,长期接触无累积效应。中毒原因通常为误食或职业暴露过度,但风险极小。
储存运输
储存方法:聚乙酸乙烯酯应储存在阴凉、干燥、通风良好的地方,温度保持在0-30°C,避免阳光直射和潮湿,以防止结块或降解。
运输方法:作为普通化学品运输,使用密封容器,避免与强氧化剂混运,注意防震和防火。运输过程中需符合当地化学品法规,如ADR 或IMDG code。
检测方法
聚乙酸乙烯酯的检测方法包括纯度、分子量和杂质分析。常规检测使用红外光谱(IR)确认特征
吸收峰(如1740 cm-1酯基),凝胶渗透色谱(GPC)测定分子量分布,高效液相色谱(HPLC)检测可能的单体残留。化学检测可通过水解后滴定乙酸含量。计算公式例如分子量计算基于GPC 校准曲线。特殊检测如核磁共振(NMR)用于结构确认,但IR 和GPC 是最普遍的方法。
相关法规
聚乙酸乙烯酯受多项法规监管。在美国,它被 FDA 批准用于食品接触材料 (21 CFR 175.105),作为食品接触物质 (FCS)。在欧盟,作为聚合物,它符合 REACH 法规要求,且其单体 (乙酸乙烯酯) 已注册,CAS 号为 9003-20-7。
中国国家标准 GB/T 20623-2006《
建筑涂料用乳液》规定了包括以乙酸乙烯酯为单体的建筑涂料用乳液的技术要求。该标准主要关注产品的质量和性能指标 (如不挥发物含量、pH 值、粘度、有害物质限量等),其对有害物质的限制要求有助于在涂料使用环节保障健康和环境安全。需要说明的是,聚乙酸乙烯酯乳液的生产、使用和排放安全管理还需遵循其他相关法规 (如 GB 18583-2008 等) 的规定。。
工业用聚乙酸乙烯酯乳液有专门的行业标准,如HG/T 2727-2010《聚乙酸乙烯酯乳液木材胶粘剂》,该标准针对木材胶粘剂领域,规定了相应的技术要求。