高性能水性聚氨酯胶粘剂的制备及应用
2024-01-14
来源:欧得旅游网
收稿日期:2017—03—20 作者简介:何程林(1987-),男,硕士,研究方向:水性聚氨酯胶粘剂、涂料的合成及应用。E-mai1:clinhe@163.com。 高性能水性聚氨酯胶粘剂的制备及应用 何程林,徐坤,徐玉华,徐玉俊 (江苏中科金龙化工有限公司,江苏泰兴22541 9) 摘要:利用自制的聚酯多元醇PE一1合成了水性聚氨酯(WPU)胶粘剂,考查了R值[n(一NCO)/ El(一OH)]、环氧树脂(E一44)添加量以及后扩链度等对胶粘剂性能的影响。结果表明,合成的 WPU胶粘剂具有良好的粘接力,可以应用于VCM覆膜板和铝木复合板的生产中。 关键词:水性聚氨酯;胶粘剂;制备;应用 中图分类号:TQ433.4 32 文献标识码:A 文章编号:1001—5922(2017)11—0049—04 聚氨酯胶粘剂由于配方调节范围广、性 (I PDI),工业级,科思创聚合物(中国) 能优异,己广泛应用于皮革、汽车内饰、塑 有限公司;三羟甲基丙烷(TMP),工业级, 胶和鞋材等领域 。目前市售聚氨酯胶粘剂 日本三菱公司;二羟甲基丙酸(DMPA),工 以溶剂型为主,大量使用的溶剂不仅造成原 业级,湖州长盛化工有限公司;环氧树脂 料成本较高,而且对人体健康和环境造成的 (E一44),工业级,南通蓝星化工有限公 危害也极其严重。 司;新戊二醇(NPG)、丙酮(AT)、三乙胺 水性聚氨酯(WPU)胶粘剂以水为溶剂, (TEA)、乙二胺(EDA),化学纯,国药集 采用自乳化技术制备分散体,相比传统聚氨 团化学试剂有限公司;二月桂酸二丁基锡 酯胶粘剂,在合成树脂时减少或者不使用有 (DBTDL),分析纯,阿拉丁试剂(上海)有 机溶剂,这一方面降低了原料成本,另一方 限公司。 面也降低了VOC(可挥发性有机污染物)的排 1.3树脂合成 放,改善了人居环境,降低了化工事故的风 将PE一1、TDI、IPDI、DMPA ̄DE一446原料 险。因此,WPU胶粘剂的应用领域十分广泛, 按照计量加入到装有回流冷凝管、温度计和 在皮革、塑胶中作为粘接层,在满足优异粘 搅拌桨的四口烧瓶中,体系混合均匀后升温 接力的同时,赋予了材料良好的手感和防水 至8 5℃,反应2 h,加入适量丙酮稀释之后, 透气等功能;在汽车内饰中,根除了由于暴 加入TMPID NPG,70℃反应1 h,滴加几滴 晒造成的残留溶剂挥发,保证了驾乘人员的 DBTDL催化剂,然后在60℃下反应至一NCO值 身体健康;在鞋材粘接领域,WPU鞋胶的应 达到理论值,降温至40℃将上述合成的预聚 用,对于改善车间工人工作环境、降低有毒 体转移到分散桶,加入TEA中和10 min,加入 物排放则意义更大,同时亦提高了工作效 去离子水,高速乳化,再加入EDA后扩链0.5 率、降低了人工成本,有利于“节能减排” h,随后在旋转蒸发仪上真空脱除丙酮,得到 大环境下企业转型升级。家电领域中广泛使 WPU。其技术指标如表1所示。 用VCM覆膜板,传统的生产工艺大量使用溶剂 1.4性能测试 型胶粘剂,污染严重,普通的水性胶粘剂难 (1)附着力:将VCM钢板试样(80 以达到下游企业要求。本研究针对上述技术 mm×2O0 mm)正面按5 mm×5 mm: ̄J方格(划 瓶颈,与下游企业联合攻关,制备出VCM覆膜 16个方格)至基材钢板层,并放入杯突试验 板用WPU胶粘剂产品,并配合相关工艺,应用 机,塑料膜面向外,缓慢将试样拉伸8 mm,取 于生产实际中。 出后检查试样突起处(在室温下进行)。 VCM钢板塑料层应不会从基板上分离(自然剥 1 实验部分 离),且塑料层本身不会发生剥离。 (2)抗冲击性能:按照GB/T 1 732— 1.1主要原料 1993标准进行测试。 聚酯多元醇PE一1(Mn=3 000),自制; (3)耐酸碱性能:将试样切口密封后分 甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸 别浸入浓度为1 0%的盐酸和氢氧化钠中72 ・049 ・ 1)HE l0 -峨,tI羔 研究报告及专论 取试样在(1 00±2)℃沸水中加热1 h,取出 检查试样表面,观察是否有变化。 (5)T剥离强度:按照GB/W 2 79 l一 1995标准进行测试。 表1 WPU树脂技术指标 Tab.1 Technicalindexes of WPU resin h,取出冲洗后检查膜层表面。试样薄膜层不 应有变色、起泡和起皱等变化。 (4)高低温循环:将试样置于一20℃条 件下存放l h,取出后立即弯曲180。,然后另 2结果与分析 2.1 R值对树脂性能的影响 R值是指初始异氰酸酯与多元醇中n(-NCO)/ 13(-OH)的比值,该比值能够初步反映出配方 设计中软硬段含量的比例,WPU胶粘剂的粘接能 力与软硬段比例有很大关系,故R值与树脂性能 紧密相关。R值对树脂性能影响如表2所示。 表2 R值对WPU性能的影响 Tab.2 Effect of R value on WPU performance 由表2可知:当R值为2时,由于聚氨酯链 段极性键少,内聚力较低,粘接性能较差, 耐水煮性不佳,出现脱胶现象;提高R=3时, 剥离强度有所提高,胶层柔韧性也较为优 异,抗冲击测试通过,但是开水煮沸2 h2_后 胶层内部有部分软化发白,粘接强度保持率 为40%左右;当R=4时,胶粘剂的综合性能达 到相对最佳,胶层具有较佳的粘接强度和抗 冲击能力,耐开水测试之后胶层保持完好; 但是当R值提高至5时,由于极性键较多,胶 层发脆,抗冲击能力降低,未能通过测试, 而且粘接强度并没有明显提升。综合考虑, 设计配方时选择R=4较为合适。 2.2 E一44添加量对树脂性能的影响 作为WPU胶粘剂的改性方法之一,添加E 44能够有效改善WPU树脂的综合性能 。本研 究在确定R值的条件下,考查了E一44添加量对 胶粘剂性能的影响,如表3所示。 表3 E一44添加量对WPU性能的影响 Tab.3 Effect of E44 content on WPU performance 由表3可知:添加w(E一44)=2%(相对于 预聚体质量而言)时,乳液状态和稳定性良 好,剥离强度较高,耐水煮性稍有欠缺;当 提高至4%时,由于环氧发生部分开环,其中 的活性羟基参与反应,形成交联网状结构, 耐水性提高,胶膜耐水煮性能明显改观;但 进一步提高E一44添加量后,由于在季铵盐催 化下,环氧树脂发生反应,乳液外观变差, ・050 ・ 稳定性降低”。敞F一44的添加运确定为4% 相 的力‘ 提高胶粘剂的综合性能,其中的 键极 对最佳。 性较人,耐水性较好,但是过多的脲键会导致 2。3后扩链度对树脂性能的影响 链段求水性变差,从而使得乳液稳定性受影 WPU胶 剖合成中,经常采用乳化后扩链 响。后扩链度对树脂性能影响如表4所示。 表4后扩链度对WPU性能的影响 Tab.4 Effect of post chain extension on WPU performance 由表4町矢¨:当扩链度低于50%时,随着 针;木复合板粘接以浴剂 胶为t,气咪人、 扩链度的提商,制备的胶粘剂剁离 度随之 易燃,做成成品之 依然会散发有毒气体, 递增,耐水性也明显改善,这.卜婴是}}_l于后 利于人体健康和1 境保护。使川研制的 扩链使得聚氨酯分子链在快速增K的同时, w 胶粘剂替代溶剂型胶水,粘接铝板币I1木 形成的脲键有利丁胶层强度的提外 :但 j后 板,收到较好效果。 扩链度超过50%时,由于其中脲键过多,乳液 亲水性变筹, 外,}I1于本体系rt,含 的环 保护层 氧基团在过多的胺作用下极易发牛 化现 ——象,多方面 素导致乳液稳定性不好:同时 + 印刷花纹 后扩链度较高的胶水润湿性不好,施胶时易 粘附屡●— 窭茎耋篓童兰 篓 出现缩孔、涧 小住和干燥过快等弊病,导 酾— PVC层 致粘接强度 增反减。综合考虑,确定后扩 粘附层 链度为 10%~5O%较适宜。 化学处理层 基材 .卜 蠹 3 应用 保护层 ・3.1 VCM覆膜板粘接 一一 化学处理层 图1 VCM钢板结构 VCM通常足指将丛材进行表¨仃处 J 涂敷 Fig.1 Structure of VCM board (辊涂)或粘接有机薄膜并烘烤成产 ,町 表5 VCM板检测结果 深加T成最终制品;VCM的涂装顷量远比对成 Tab 5 Testing results of VCM board 型金属表面进行单什喷涂或刷涂来得更均 匀、更稳定,『1.1JJu.r:T艺更加环保。VcM具有 优异的装饰 l!l-、成型性、耐指纹、涂层附着 力较强以及・ 长期保持色泽新颖等特点,已 成为当今家电、机电和船舶等行、I 理 的复 合型材料。VCM钢板层压结构如 l所示。 制备VCM ̄lx]极小仪对薄膜的选择十分严 格,对胶粘剂的要求也很高。使用研制的高 其粘接工艺为:¨J丙酬将铝板擦拭f 性能wPL胶粘剂制备VCM覆膜板,通过粘接强 净,清除表面油污和灰尘,晾下。然后件其 度、耐水、耐酸碱和抗冲压等测试,其结果 表 采川滚涂或者喷涂施胶,涂胶厚薄均 如表5所示。 匀,不留粘接盲点,涂胶之后经过具有‘定 3。2铝木复合板粘接 温发梯度的烘道,除去水分烘十。将铝扳和 铝木复合板,由铝扳和水扳粘贴复合而 木板 合并加热(温度控制存90~1 00 成。其综合了铝和小材2种不同材质的优点, oC),施加压力为l kg/C【Il ,冷却固化, 使其同时具宵质量较轻、防潮防腐性能较好 24 h1人J使强度达到丰f1对最人。 和密封性较强等优点,可广泛应用于厢式牟 合成的WPU胶粘剂还可以应川』 的厢体、家具或其他装饰材料的制作。传统 PET/PET、PET/销箔、})ET/N箔的粘接 j复 n 0 ̄1 。 ADllES10N4 学ACAD EM ICPAPER II研究报告及专论 研咒赧盲及1j『 论文4结语 (1)利用自制的聚酯多元醇与TDI、 IPDI等反应,制备出WPU树脂,合成方法简 单、操作便捷,树脂稳定性较好;考查了R 值、E一44添加量和后扩链度对树脂性能的影 响,确定R=4、E一44添加量为4%,后扩链度为 4O%~50%为相对最佳条件。 (2)该水性树脂具有良好的粘接能力, 可应用于VCM覆膜板的粘接、铝和薄木板的粘 接,还可用于聚酯薄膜与金属的粘接;应用 范围较广,粘接强度较高,耐水性优异,是 款环保、l' ̄voc、综合性能优异的水性胶粘 剂。 一[1]闰福安.水性树脂与水性涂料[M].北京:化学工业 出版社,20l1. 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Preparation and application of high performance waterborne po1yurethane adhesive HE Cheng—lin,xu Kun,XU Yu—hua,XU Yu—jun (Jiangsu Zhongke Jinlong Chemical Co.,Ltd.,Taixing,Jiangsu 225419,China) Abstract:The waterborne polyurethane adhesive was prepared by using polyester polyol(PE一1)synthesized by ourselves.The effects ofIk value[n(NCO)/n(OH)],addition amount of epoxy resin(E44)and post chain extension on the adhesive performance was investigated.The results show that the synthesized adhesive has excellent adhesion and sticky relay and is suitable for using in VCM and aluminum wood composite panels. Key words:waterborne PU;adhesive;synthesis;application (上接39页) Preparation and its aging properties of MS sealant for fabricated buildings CAI Hai—tao,ZHAO Rui,WANG Cui—hua,ZHAO Yong—gang fHubei Huitian New Materials Co,Ltd.,Xiangyang,Huibei 441057,China) Abstract:A low modulus one—component MS sealant for the fabricated building was prepared by using MS prepolymer as the matrix polymer.The effects of different molecular structure of the prepolymers,different nano—calcium carbonate,ultraviolet ray,high temperature and high humidity aging and low temperature environment on the 1 00% modulus,tensile strength,elongation at break and adhesion of the MS sealant were investigated.It is found that different molecular structure ofthe prepolymer has a greater impact on 100%modulus ofthe MS sealant,and the lower the modulus, the better the bonding performance to concrete.The different nano—calcium carbonate has a great difference for the water resistance of obtained MS sealants.The MS sealant developed in this paper has strong resistance to ultraviolet radiation and can withstand at least 14 days ofhigh temperature and high humidity aging.At the same time,the low—temperature bonding performance ofthe MS sealant for fabricated building is also good. Key words:fabricated building;MS sealant;low modulus ・052