通过调控双峰粒径分布提升聚醋酸乙烯酯乳液在硬木粘接中的强度性能

针对硬木材因低孔隙率导致粘接强度不足的问题，研究人员通过氧化还原乳液聚合法开发了具有双峰粒径分布（PSD）的聚醋酸乙烯酯（PVAc）乳液。该研究利用聚乙烯醇（PVA）作为保护胶体，成功制备出固含量56.09%、粘度67,200 cP的稳定乳液，平均粒径1.85微米。实验表明，基于双峰PSD的硬木胶粘剂粘接强度达17.63 MPa，较单峰分布胶粘剂提升5.86 MPa，接触角变化更显著（53.80° vs 23.81°），显著改善了硬木（角豆木）的润湿性和粘接性能。

　　

硬木家具制造中，粘接强度不足一直是困扰行业的难题。角豆木（Ceratonia Siliqua L.）等硬木因其高密度（0.86 g/cm³）和低孔隙率（45.87%），使得传统聚醋酸乙烯酯（PVAc）胶粘剂难以充分渗透，导致粘接强度受限。尽管PVAc乳液因成本低、兼容性好，过去20年使用量增长400%，但其在硬木应用中的性能仍有提升空间。

为突破这一瓶颈，研究人员通过氧化还原乳液聚合技术，创新性地采用不同粘度的聚乙烯醇（PVA）混合保护胶体，成功开发出具有双峰粒径分布（PSD）的高固含量（HSC）PVAc乳液。研究显示，当大颗粒（LP）与小颗粒（SP）直径比为4-8、体积占比为75-85%:15-25%时，乳液性能最优。通过调控氧化剂（APS）与还原剂（STS）比例（30:1和1:1.3），团队获得了平均粒径1.85 μm、固含量56.09%的稳定乳液，其玻璃化转变温度（T_g）达40.19℃，高于单峰乳液（37.1℃）。

关键技术包括：1）氧化还原乳液聚合制备双峰PSD乳液；2）ATR-FTIR和DSC表征材料特性；3）接触角测试评估润湿性；4）EN 205:2016标准测定粘接强度。

3.1. 配方优化
通过调整PVA比例（低粘度LPVA:中粘度MPVA=1:2），获得粒径0.7 μm的双峰乳液（Run 5）。当APS:STS为30:1时，粒径增至1.8 μm（Run 10），粘度达67,200 cP，符合工业需求。

3.2. 材料表征
ATR-FTIR证实PVAc特征峰（1728 cm^-1的C=O伸缩振动），无残留单体。DSC显示双峰乳液T_g升高，归因于小颗粒在大颗粒间隙的有序排列。

3.3. 胶粘剂性能
双峰基胶粘剂（Run 8）固含量47.80%，粘度21,760 cP，粘接强度17.63 MPa，较单峰胶（11.77 MPa）提升49.8%。接触角变化（0-25分钟）达53.80°，显著高于单峰胶的23.81°，表明润湿性改善。

结论与意义
该研究首次将双峰PSD策略应用于PVAc硬木胶粘剂，通过优化PVA保护胶体组合和氧化还原比例，实现了粘接强度的大幅提升。双峰乳液的小颗粒填充效应增强了木材表面润湿和机械互锁，而氢键作用进一步强化界面结合。这一成果为高密度木材的粘接提供了新思路，对家具制造业具有重要应用价值。研究局限性在于工业化放大时需保持性能一致性，未来可探索其他保护胶体组合以进一步优化成本效益比。论文发表于《Results in Surfaces and Interfaces》，为PVAc基材料在硬木领域的应用树立了新标杆。