新型水性聚氨酯膠粘劑的研究與制備.pdf

1、傳統(tǒng)溶劑型膠粘劑多含有大量有機(jī)溶劑，合成及應(yīng)用過程中都揮發(fā)到大氣中，工作環(huán)境有火災(zāi)隱患，對(duì)全球環(huán)境造成巨大的污染，同時(shí)造成大量制鞋工人職業(yè)病多發(fā)。水性聚氨酯(Water-BornePolyurethane，WPU)膠粘劑是指聚氨酯溶于水或分散于水中形成的膠粘劑，也稱水系或水基聚氨酯。該類型粘劑粘接性能好，膠膜物性可調(diào)節(jié)范圍大，可用于多種基材的粘接。水性聚氨酯膠粘劑除保留傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯的一些優(yōu)良性能外，同時(shí)解決了膠粘劑使用有機(jī)溶劑造成的

2、有機(jī)物揮發(fā)(VOC)、有害氣體污染物(HAPs)的問題。
　　 制備聚氨酯乳液常用的二異氰酸酯主要分芳香族和脂肪（環(huán)）族。芳香族聚氨酯材料的力學(xué)性能良好，但容易變黃。脂肪（環(huán)）族聚氨酯的耐水解性比芳香族聚氨酯好，穩(wěn)定性好，不黃變。其次脂肪族異氰酸酯的異氰酸酯基團(tuán)與水反應(yīng)的活性比芳香族異氰酸酯低，制備工藝易控制，且芳香族異氰酸酯中的異氰酸酯基直接連在苯環(huán)上，產(chǎn)品受日照易被氧化成醌而變黃，而脂肪族異氰酸酯制品耐日照性能好。以脂肪環(huán)族

3、IPDI為原料的水性聚氨酯膠粘劑報(bào)道較少，研究不夠詳細(xì)。本文詳細(xì)研究了不同工藝條件、工藝配比對(duì)乳液穩(wěn)定性、成膜性、膠膜力學(xué)性能以及耐熱性能的影響。
　　 采用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，二羥甲基丙酸(DMPA)，聚醚多元醇(PPG)等為主要原料進(jìn)行反應(yīng)，三乙胺(TEA)進(jìn)行中和反應(yīng)，乙二胺(EDA)進(jìn)行二次擴(kuò)鏈，合成系列水性聚氨酯乳液。分析了聚氨酯合成的機(jī)理;研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、催化劑、中和溫度等因素對(duì)水性聚氨酯乳液穩(wěn)

4、定性的影響，確立的最佳工藝;探討了反應(yīng)物投料配比對(duì)產(chǎn)物水分散穩(wěn)定性，力學(xué)性能以及膠膜的耐熱性能的影響。通過FTIR、TG、X-RD等手段對(duì)水性聚氨酯膠膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和耐熱性能、結(jié)晶性能測(cè)試。論文的主要工作如下:
　　 (1)以IDPI，PPG1000，DMPA為主要原料合成水性聚氨酯，通過單因素實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)最佳工藝為:PPG脫水最佳溫度問120℃，最佳脫水時(shí)間為40min。反應(yīng)溫度最合適范圍為100℃～110℃，反應(yīng)最佳時(shí)間為

5、2小時(shí)，最佳中和溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。
　　 (2)R值又名異氰酸根指數(shù)，是指異氰酸酯總摩爾數(shù)和羥基的總摩爾數(shù)之比(n-NCO/n-OH)。水性聚氨酯在乳化時(shí)水分子會(huì)參與擴(kuò)鏈生成脲鍵，生成脲鍵的多少和R值有關(guān);反應(yīng)生成的氨基甲酯基以及殘余的異氰酸酯基都與R值有關(guān)，這些極性基團(tuán)對(duì)水性聚氨酯性能影響很大。通過單因素實(shí)驗(yàn)表明，最佳R值為1.6。當(dāng)R=1.6時(shí)，水性聚氨酯乳液具有最佳的穩(wěn)定性，穩(wěn)定時(shí)間可超過180天;粘接性

6、能最佳，此時(shí)終剝離可達(dá)9.6N/mm;同時(shí)具有最佳的熱穩(wěn)定性。
　　 (3)DMPA為WPU的親水劑，對(duì)膠粘劑穩(wěn)定性能影響很大。通過單因素實(shí)驗(yàn)表明，DMPA最佳用量為4.5％（質(zhì)量比，DMPA與預(yù)聚體的質(zhì)量百分比）此時(shí)乳液含量達(dá)到45％，高固含量可降低運(yùn)輸成本，提高膠粘劑利用率;乳液穩(wěn)定性大于120天;泛黃指數(shù)為13％，指數(shù)偏低;DMPA含量增加，吸水率增大，吸水性適中;終剝離強(qiáng)度達(dá)到最高位為8.6N/mm，這是因?yàn)?COO-具

7、有較強(qiáng)的極性，它能與基材表面的極性基團(tuán)形成氫鍵，即形成粘接強(qiáng)度較大的接頭，從而使剝離強(qiáng)度增大，但DMPA含量過高，反而致使分子鏈運(yùn)動(dòng)困難反而不利于剝離強(qiáng)度的提高;同時(shí)DMPA的加入會(huì)降低膠膜的結(jié)晶程度，適當(dāng)提高聚氨酯分子的微相分離程度，提高膠膜的熱分解溫度。
　　 (4)最佳中和度范圍在90％～100％，此時(shí)水性聚氨酯可以保持最佳的乳液穩(wěn)定性，耐水性適中。
　　 (5)經(jīng)過與市場(chǎng)上通用膠粘劑產(chǎn)品對(duì)比，測(cè)試結(jié)果表明，自制膠