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溶劑，合成及應用過程中都揮發(fā)到大氣中，工作環(huán)境有火災隱患，對全球環(huán)境造成巨大的污染，同時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，同時解決了膠粘劑使用有機溶劑造成的

2、有機物揮發(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與水反應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道較少，研究不夠詳細。本文詳細研究了不同工藝條件、工藝配比對乳液穩(wěn)定性、成膜性、膠膜力學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)等為主要原料進行反應，三乙胺(TEA)進行中和反應，乙二胺(EDA)進行二次擴鏈，合成系列水性聚氨酯乳液。分析了聚氨酯合成的機理;研究了反應時間、反應溫度、催化劑、中和溫度等因素對水性聚氨酯乳液穩(wěn)

4、定性的影響，確立的最佳工藝;探討了反應物投料配比對產物水分散穩(wěn)定性，力學性能以及膠膜的耐熱性能的影響。通過FTIR、TG、X-RD等手段對水性聚氨酯膠膜進行結構表征和耐熱性能、結晶性能測試。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，通過單因素實驗表明，反應最佳工藝為:PPG脫水最佳溫度問120℃，最佳脫水時間為40min。反應溫度最合適范圍為100℃～110℃，反應最佳時間為

5、2小時，最佳中和溫度為50℃，反應時間為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水分子會參與擴鏈生成脲鍵，生成脲鍵的多少和R值有關;反應生成的氨基甲酯基以及殘余的異氰酸酯基都與R值有關，這些極性基團對水性聚氨酯性能影響很大。通過單因素實驗表明，最佳R值為1.6。當R=1.6時，水性聚氨酯乳液具有最佳的穩(wěn)定性，穩(wěn)定時間可超過180天;粘接性

6、能最佳，此時終剝離可達9.6N/mm;同時具有最佳的熱穩(wěn)定性。
　　 (3)DMPA為WPU的親水劑，對膠粘劑穩(wěn)定性能影響很大。通過單因素實驗表明，DMPA最佳用量為4.5％（質量比，DMPA與預聚體的質量百分比）此時乳液含量達到45％，高固含量可降低運輸成本，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;終剝離強度達到最高位為8.6N/mm，這是因為-COO-具

7、有較強的極性，它能與基材表面的極性基團形成氫鍵，即形成粘接強度較大的接頭，從而使剝離強度增大，但DMPA含量過高，反而致使分子鏈運動困難反而不利于剝離強度的提高;同時DMPA的加入會降低膠膜的結晶程度，適當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)過與市場上通用膠粘劑產品對比，測試結果表明，自制膠