低熔点高粘接强度共聚酯热熔粘合剂的制备

江 峰，代本祝，陈文健，谢尚啸，王 俊，刘若望，樊宏斌，张伟禄*

(1.温州大学 化学与材料工程学院, 浙江 温州 325035;2.温州华特热熔胶股份有限公司, 浙江 瑞安 325200)

0 引 言

热熔胶因在室温下呈稳定的固态、不含挥发性溶剂等诸多优点而被应用于各个领域，其中低熔融温度热熔胶由于耗能低，成为未来热熔胶的发展方向[1-2]。低熔点热熔胶的实现主要采用嵌段、填充、共聚、共混、接枝等化学和物理方法[3-4]。作为热熔胶使用的低熔点聚酯类合成树脂，通常是以对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸、间苯二甲酸、乙二醇和1.4-丁二醇等为原料，再通过添加不同的组分对其进行改性优化而制得。这些改性组分包括聚四氢呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)等聚醚多元醇[5-7]。通过化学改性制备的低熔点热塑性聚酯弹性体具有良好的黏结强度、耐冲击性能、拉伸性能以及低成本优势，被广泛应用于汽车内饰、建筑、汽车零部件等领域，而在服装面料粘接方面的研究相对较少[8-12]。目前，已开发出的热塑性聚酯弹性体(TPEE),如日本积水公司采用二羟基四联苯、己二酸二甲酯和乙二醇等单体在200～300 ℃下熔融聚合的多元嵌段共聚物。Gagon采用2-羟基丙酸和己内酯为原料共聚制备可降解TPEE[13]。

文中分别采用聚四氢呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)两种组分作为分子链软段对常规聚酯进行化学改性，并对其性能进行测试，制备了适用于服装面料粘接的低熔点聚酯热熔粘合剂。

1 实验部分

1.1 仪器和原料

熔体流动速率仪(MFI-2322S)，承德市金建检测仪器有限公司；

邵氏数显硬度计(HPE III)，德商博锐仪器(上海)有限公司；

精密显微熔点测定仪(59XC-PC)，上海光学仪器一厂；

热分析仪(DSC-Q1000)，美国TA公司；

万能拉伸试验机(RG 2000-10)，深圳瑞格尔仪器有限公司；

拉力测试仪(AI-7000S1)，高铁检测仪器(东莞)有限公司；

热压复合机(HP-600LFS)，日本HASHIMA公司；

锥板粘度计(CP-2000 PLUS)，法国LAMY RHEOLOGY公司。

对苯二甲酸二甲酯(DMT)、间苯二甲酸(PIA)、对苯二甲酸(PTA),上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

1,4-丁二醇(BDO),天津益仁达化学试剂厂；

聚四氢呋喃(PTMG，数均分子量约2 000)、聚丙二醇(PPG，数均分子量约2 000)，上海东大树脂有限公司;

催化剂采用钛酸四丁酯(TBOT)，南京品宁偶联剂有限公司。

以上原料均为化学试剂，使用前未经提纯处理。

1.2 聚酯弹性体样品的制备

PTMG、PPG改性共聚酯配方见表1。

表1 PTMG、PPG改性共聚酯配方 g

按照表1配方准确称量DMT、BDO、TBOT，加到1 000 mL烧瓶中。以10 ℃/min速率升温至200 ℃，持续反应至副产物甲醇的收集量达到理论计算量的80%以上。然后加入PIA、PTMG或PPG，继续加热至250 ℃，开启真空至200 Pa进行减压缩聚，待搅拌棒上出现“爬杆”现象后关闭真空，冷却、放料、切片、烘干，得到热塑性聚酯弹性体样品。

以A、B、C、D、E分别代表PTMG改性的5种样品；以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别代表PPG改性的5种样品。

1.3 性能测试与表征

取上述制备的样品干燥24 h，熔融指数、熔融温度、拉伸强度、邵氏硬度、玻璃化转变温度按照国家标准进行测试[14]；剥离强力按照行业标准测试[15]。粘度测试方法：取约1.50 g样品置于锥板粘度仪的加热板上，升温至160 ℃，待样品完全熔融后进行测试。

2 结果与讨论

2.1 共聚酯的熔融指数、熔融范围、剪切粘度

两种聚酯共10个样品的熔融指数、熔融范围、粘度,见表2。

表2 两种共聚酯样品的熔融指数、熔融温度、剪切粘度等性能

由表2可知，样品的粘度、熔融温度随PPG和PTMG含量增加而降低；熔融指数随PPG和PTMG含量增加而提高。主要是因为通过化学共聚将聚醚型多元醇PTMG和PPG分别引入共聚酯的分子主链中，醚键的柔顺性使共聚酯具有良好的低温弹性[16]。熔融指数随粘度的减小而增大，符合线性结构聚酯粘度和熔融指数成反比的结论[17]。

另外，从表2数据对比可知，聚醚添加量相同时，PPG改性的共聚酯样品A～E的玻璃化转变温度(Tg)均高于PTMG改性的共聚酯样品Ⅰ～Ⅴ。主要原因是PPG分子含有甲基侧链，因此，由其制备的共聚酯柔顺性小，玻璃化转变温度相对高。PPG侧链甲基的空间阻碍会使其反应程度低,导致产物的分子量小，从而使熔融指数测定值偏大。如果从醚键数量考虑，PTMG醚键以及醚键之间的亚甲基比PPG多，共聚后的聚酯柔顺性比PPG好，剪切粘度高。

根据表2中熔融指数和熔融温度两项指标，选择PTMG和PPG质量含量为20%～30%作为中试放大实验的参考配方，而当PTMG和PPG含量超过30%时，熔融指数指标超过60 g·10 min-1，不适合服装面料热熔粘合剂使用[18]。

2.2 共聚酯的力学性能和粘接性能

选取样品B和样品Ⅱ进行力学性能、粘接性能测试，结果见表3。

表3 两种共聚酯的邵氏硬度、拉伸强度、断裂伸长率等性能参数

从分子结构看，PTMG比PPG规整，共聚后的聚酯柔顺性好；PTMG改性后的共聚酯硬段结晶度高，硬度、拉伸强度和粘接强度大[19-20]。样品B和样品Ⅱ的粘接强度指标均符合服装面料用热熔粘合剂的要求。

3 结 语

向常规聚酯分子链中分别引入PTMG和PPG两种聚醚多元醇，通过化学改性制备两种低熔点弹性共聚酯，并对其性能进行表征，得到结论：PPG和PTMG添加量为20.0%～27.0%时，所制备的共聚酯材料的熔融指数为30～36 g·10 min-1，熔融温度为103～120 ℃，力学性能、粘接强度指标表明，均适用于低熔点共聚酯服装面料热熔粘合剂。