单组分水性聚氨酯胶粘剂性能受到合成条件影响分析

庄晓莎

摘 要：文章主要针对单组分水性聚氨酯胶黏剂在合成过程中合成条件对其性能的影响进行了分析，并采用了红外观测的手段，通过分析看出，内加交联剂同水性聚氨酯乳液之间会产生交联反映，从而有效提高胶粘剂的性能，提高其粘结强度，从而证实二者结合使用后粘结效果更佳。

关键词：合成条件；交联剂；水性聚氨酯；性能

PU胶粘剂即平时所常见的聚氨酯胶粘剂，主要用与塑塑粘合以及纸塑粘合或者铝塑粘合，在包装粘合领域应用广泛。而随着环保呼声的提高，为了相应环保需求，PU胶粘剂在未来的发展方向主要为水基型胶粘剂。虽然在性能上水性聚氨酯胶粘剂较为优越，但是同溶剂型聚氨酯胶粘剂相比仍旧有不足之处。从硬度以及强度性能角度分析，聚醚型PU不如聚酯型PU。但是由于醚基旋转性较高，因而聚醚型PU相比较而言低温性能以及柔顺性相对较高，所以具有较高的初粘度。

1 实验

1.1 原料分析

在试验中所使用的实验原料主要包括以下几种：Mn=1187的聚醚多元醇，Mn=2556的聚酯多元醇，内加交联剂A、内加交联剂B，以及催化剂。另外还需要1，4-丁二醇（BDO）以及甲苯二异氰酸酯和二羟甲基丙酸（DMPA）以及双酚A。

1.2 制备PU乳液

水性聚氨酯乳液的基本配方为羧基含量1.2%（质量分数），NCO/OH比值（摩尔比）1.3，双酚A含量10%（摩尔分数），聚酯聚/醚2∶1（moL/moL）。典型的PU乳液的制备过程如下。先将脱除水分的聚酯多元醇（38.55g）、聚醚多元醇（30.42g）、二羟甲基丙酸（DMPA）（2.23g）和双酚A（1.03g）加入到反应器中，同时加入TDI（14.01g），攪拌升温至80℃，加入适量的催化剂，保温反应。3h后加入内加交联剂B（0.11g），在80℃下继续反应1h。然后加入一定量丙酮并使反应体系降温至30℃，加入内加交联剂A（0.57g）。继续反应1h后加入三乙胺（TEA）（1.69g）进行中和反应，15min后在高速搅拌下滴加去离子水（139.40g），得到乳状水性聚氨酯胶粘剂（PU乳液）。

1.3 复合薄膜的制备

将塑料薄膜进行电晕处理，并在其表面均匀涂抹乳液，密度为6-7g/m2，使用PET/PE座位粘接材料，烘干后进行压合得到符合薄膜。

1.4 分析测试

1.4.1 测试乳液性能：依照国际相关标准对乳液粘度进行测试，并通过涂-4粘度计进行试验测量。

1.4.2 吸水率测试：针对胶膜性能测试，必须要进行吸水率测试。首先按照规定面积大小将样品进行剪裁，并称量。继而浸泡于清水中，24h后取出沥干，再次进行称量，通过两次测量数据计算出吸水率。

1.4.3 剥离强度测试：针对复合薄膜还需要进行剥离强度测试，将样品剪裁，规格为200mm×25mm大小，然后依照国际相关标准采用专业测试仪器进行T型剥离强度的检测。

1.4.4 结构测试：针对内加交联剂以及PU等材料还需要对其进行结构测试，通过涂膜法将此类符合体系样品涂抹在溴化钾盐片上，待其成膜后采用红外光谱进行分析，扫描次数为16，并将分辨率调至2cm-1。

2 结果与讨论

2.1 材料表征分析

针对水性聚氨酯采用红外光谱的方式进行了表征分析，通过对其没有嫁入交联剂的乳液进行红外光谱分析可以看出，在光谱中3400cm-1附近会出现宽大的吸收带，并且在1535至1555cm-1处还会存在明显的-NH特征峰，在光谱1715cm-1附近则会存在C=O伸缩振动峰，并且该伸缩震动峰强烈。而图谱1130cm-1则是C-O-C结构伸缩震动峰。通过分析可以看出该类物质为水性聚氨酯。而在水性聚氨酯中加入交联剂后，红外图谱1600～1580cm-1附近会出现一个宽大的弱峰，该峰是内加交联剂A中的-NH2基团所致，而在图谱1130～1000cm-1范围存在强峰，该强峰主要由Si-O基团所致。通过分析可以看出若在水性聚氨酯中加入占反应体系中过量的NCO的9%（摩尔分数）的内加交联剂A改性所得的水性聚氨酯中基团-NH（1530cm-1附近）和C-O-C、S-iO（1130～1000cm-1）以及C=O（1715cm-1）会出现明显的变化，从图谱中可以看出，其基团吸收强度会明显增强，这就说明，通过嫁入外加交联剂，水性聚氨酯的化学性能发生了变化。

通过加入内加交联剂B后，针对水性聚氨酯进行红外图谱分析，首先需要针对没有嫁入内加交联剂的材料进行红外分析，可以从图谱中看出，在图谱的3500cm-1处为-OH的振动吸收峰，832cm-1为环氧基团特征峰。而在经占反应体系中过量的NCO的3.0%（摩尔分数）的内加交联剂B改性后的水性聚氨酯的谱图中，1535～1555cm-1处-NH和1715cm-1处C=O的特征峰面积均有明显增大，这是由于PU中的-NCO基团与内加交联剂B中的-OH发生反应，生成-NH-COO-所致，而832cm-1处环氧基团特征峰消失，说明环氧基团发生了开环反应。

2.2 聚酯聚醚多元醇的配比影响

通过试验分析可以看出聚酯聚醚多元醇对于水性聚氨酯化学性能的影响主要体现在配比上，可以明显的分析出，若在水性聚氨酯中加入纯聚醚多元醇，那么材料胶膜的硬度相对较少。随着聚酯多元醇的增加，涂膜的硬度也会随之增加，涂膜粘性也会相应降低，这是由于材料化学结构中，聚酯链中酯键比醚键具有更强的极性，而材料配置中所形成的氢键也会具有更高的性能，所以聚氨酯硬度会随着原料中聚酯含量的增加而增加。酯键的水解性较强，因而在耐水性上，聚醚型性能要高于聚酯型水性聚氨酯，并且聚酯数量越高，则材料耐水性越高。因此在PU中加入聚醚多元醇可以有效提高材料低温耐性以及提高初粘力，但是材料中聚醚多元醇含量越高，则其粘结强度便会越低，所以，外加剂的嫁入比例应当以PU胶粘剂性能作为基础。

2.3 小分子扩链剂影响

通过有效的分析，可以总结出，扩链剂含量增加，那么T剥离强度便会随之增高。如果扩链剂含量超过规定范围，那么材料的剥离强度反而会有所降低。水性聚氨酯粘胶剂硬段结构会随着小分子扩链剂的嫁入而提高，并且极性也有所增强，T剥离度也会随之提高。但是如果加入小分子扩链剂加入过多也会相应降低材料分子量，那么粘接性便会受到影响。另外，通过对双酚A以及丁二醇对复合薄膜进行比较，针对其对T剥离强度影响，可以发现，在适当的范围中，使用双酚A的效果更高。因此在水性聚氨酯中使用双酚A作为外加剂较好。

而在PU乳液中加入双酚A对其胶膜性能将会有所影响。双酚A作为扩链剂加入到水性聚氨酯中会增加其苯环含量，因此会提高结构硬度。通过分析可以看出PU乳液中粘度会随着双酚A的加入而降低，因而粘度会所有降低。

3 结束语

通过嫁入内加交联剂，水性聚氨酯性能有了很大的改善，结构胶粘剂的粘结强度有了很大的提高。并且结合两种交联剂效果更好。另外，控制NCO/OH比值（摩尔比）为1.3，羧基含量1.2%（质量分数），能够得到粘接性能较好的水性聚氨酯乳液。通过在水性聚氨酯中嫁入小分子双酚A可以有效提高结构粘接强度以及硬度，或者嫁入丁二醇，提高水性聚氨酯性能，并有效降低吸水性。

参考文献

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[2]蔡栋宇，项尚林，陈贤益，等.以聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液为连接料的塑料凹版水性油墨的研制[J].包装工程，2005，26（3）：22.