聚氨酯的应用及研究进展

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聚氨酯胶粘剂的研究进展、合成、改性与应用

聚氨酯胶粘剂的研究进展、合成、改性与应用

技术研讨与交流II畫驚器&扯◎啊蛋虧0◎腮收稿日期:2018-12-17作者简介:李国遵(1988-),男,硕士,主要从事聚氨酯、聚豚的研发工作,发表多篇论文、专利。

E-mail:liguozun@。

聚氨酯胶粘剂的研究进展、合成、改性与应用李国遵,高之香,李士学,李建武,陈雨,赵苗(三友(天津)高分子技术有限公司,天津300211)摘要:通过查阅国内外相关文献资料,简要阐述了聚氨酯胶粘剂的性能、结构、合成、改性及应用等相关内容,综述了聚氨酯胶粘剂目前国内外的研究现状及研究进展,并对聚氨酯胶粘剂的发展做了展望。

关键词:聚氨酯胶粘剂;合成;改性;应用;研究进展中图分类号:TQ433.4+32文献标识码:A文章编号:1001-5922(2019)05-0177-04随着科学技术的发展,我国胶粘剂工业持续快速发展。

硅树脂、聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯和其他各种胶粘剂广泛应用于各个领域円。

聚氨酯(PU)胶粘剂优异的机械性能、良好的耐低温性、耐酸碱性、耐油污性和与基材良好粘合性在众多材料中脱颖而出“。

聚氨酯胶粘剂是分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或(和)异氤酸酯基团(-NCO)的粘合剂。

分子链中大量的氨基甲酸酯、基甲酸酯、缩二和其他基团赋予聚氨酯胶粘剂优异的性能“81o1异氧酸酯聚氨酯胶粘剂的研究现状聚氨酯胶粘剂的合成是基于异氤酸酯独特的化学性质。

异氤酸酯是分子中含有异氤酸酯基团(-NCO)的化合物,该基团具有重叠双键排列的高度不饱和键结构,能与各种含活泼氢的化合物进行反应。

在聚氨酯胶粘剂领域,主要使用含有2个或多个-NCO特征基团的异氤酸酯。

根据产品在光照下是否发生黄变现象将聚氨酯胶粘剂分为通用型异氤酸酯聚氨酯胶粘剂和耐黄变型异氤酸酯聚氨酯胶粘剂。

1.1通用型异氧酸酯聚氨酯胶粘剂的研究现状通用氤酸酯,即芳香幅氤酸酯是目前聚珮工业使用最广泛的异氤酸酯,由于结构中与苯环相连的亚甲基易被氧徳解团Wt料处黄变罷常用的W1W氤酸酯有TDI、MDI和PAPI等。

水性聚氨酯表面活性剂的研究进展

水性聚氨酯表面活性剂的研究进展
计 裁剪 性强 、 有机 溶剂 性好 等优 点 , 为 目前一 类 耐 成
新 型高 分子 表面 活性 剂 。
化或 破乳 、 消泡 、 溶 、 稠 、 增 增 絮凝 等作 用 , 化 工 、 在 纺 织、 印染 、 机械 、 油 等 领域 有 广 泛 的应 用 。许 多 聚 石 合物 具有 双亲 性分 子 结 构 和 表 面 活性 , 年来 已发 近 展为 ~类 新型 的表 面 活 性 剂 , 中聚 氨 酯 就是 非 常 其
重要 的一类 聚合 物 。 聚氨 酯 是 一 类 分 子 链 中含 有一 N 0 一 的 大 HC 0
1 水性 聚氨 酯表 面活 性 剂 的分类
水性 聚 氨酯 表面 活性 剂按 照其 在反 应体 系 中所 起 的作用 不 同 , 分为 非反 应 型和反 应 型 ; 照水性 可 按 聚氨 酯表 面活 性剂 引入 的亲 水 基 团结 构 不 同 , 可分 为非 离 子型和 离 子型 ; 除此 之外 , 性聚 氨酯 表 面活 水
量 的限制 , 性 聚 氨 酯 获 得 了 广 泛 的研 究 和 应 用 。 水 水性 聚氨酯 是一 种分 子链 上含 有 亲水性 基 团 的聚氨 酯 ,0世 纪 9 2 0年代后 期 , 性 聚氨 酯 的 发展 进 入 高 水 潮 , 多水性 聚氨酯 改性 产 品相 继 问世 , 许 其应 用 范 围
不断拓展 , 使用性能不断提高 , 并逐渐应用于皮革涂 饰 、 物 整 理 、 物 涂 层 、 粘 剂 、 张 涂 饰 等 织 织 胶 纸
领 域 ~ 。
基金项 目: 南省表界面科学重点实验室开放课题基 金资助项 目; 河 河南 省第 7 科 资助项 目。
( o 8~ 0 0年 ) 20 2 1 省级应用化 学重点学

聚氨酯预聚体技术及其应用

聚氨酯预聚体技术及其应用

聚氨酯预聚体技术及其应用摘要:对聚氨酯预聚体的制备技术及其在胶粘剂、涂料、弹性体、软硬泡、纤维等方面的应用作了综述,并对与预聚体技术有关的聚氨酯研究、开发和生产技术进展作了简要介绍。

关键词: 聚氨酯预聚体胶粘剂弹性体泡沫塑料聚氨酯是由多异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇在一定条件下反应所形成的高分子聚合物。

聚氨酯的预聚体,简单地说是多异氰酸酯和多元醇控制一定比例反应而得的可反应性半成品。

由于多异氰酸酯和多元醇种类繁多,反应配比各异,故可制成各种规格的预聚体。

聚氨酯预聚体广泛地应用于聚氨酯胶粘剂、涂料、弹性体、泡沫和纤维等诸多领域。

因此,预聚体技术在聚氨酯制品的研究和开发方面占有重要地位[1]。

但是目前这方面的论述并不多。

按照末端基团的反应特性,聚氨酯预聚体可分为:端异氰酸酯基预聚体、端羟基预聚体、含封闭基团预聚体,以及含其它基团如端硅烷基、端丙烯酸烷酯的聚氨酯预聚体。

带有NCO端基的预聚体有时被称为改性多异氰酸酯,具有较高的反应特性,易受水分等的影响,贮存期较短;带有OH端基的预聚体反应活性一般,贮存期较长,通常作胶粘剂主剂用途的端OH预聚体粘度较大。

采用含活性氢的封闭剂与NCO基团反应,保护预聚体中的游离NCO基团,即制得封闭型聚氨酯预聚体。

该种预聚体配制成的涂料或胶粘剂在施工后受热解封,重新产生NCO基团,后者参与交联反应而使体系固化。

下面将就聚氨酯预聚体的制备技术及其在一些领域的应用做简单的介绍,希望抛砖引玉,引起行业上对这个领域的重视。

1预聚体的合成方法最常用的聚氨酯预聚体是端NCO聚氨酯预聚体。

端NCO基的预聚体制备的一般方法是:先脱除低聚物多元醇(聚醚多元醇或聚酯多元醇等)所含的少量水分,然后在氮气的氛围下,边搅拌边将低聚物多元醇滴加到过量的多异氰酸酯中,并及时移走反应产生的热量,使反应温度控制在一定限度以内。

有时根据反应的需要,可添加适当溶剂以调节体系的粘度,添加催化剂以控制预聚反应的速度。

有机硅改性水性聚氨酯的研究

有机硅改性水性聚氨酯的研究

有机硅改性水性聚氨酯的研究一、本文概述随着环保理念的深入人心和科学技术的不断进步,水性聚氨酯作为一种环境友好型高分子材料,在涂料、胶粘剂、皮革涂饰剂、纸张处理剂、纤维处理剂以及高分子膜等多个领域得到了广泛应用。

然而,传统的水性聚氨酯在某些性能上仍存在一定不足,如耐水性、耐溶剂性、耐候性等方面的性能有待提升。

因此,通过改性提高水性聚氨酯的性能成为了研究的热点。

有机硅材料以其独特的结构和性能,如良好的耐水性、耐候性、耐化学腐蚀性等,成为了改性水性聚氨酯的理想选择。

有机硅改性水性聚氨酯不仅继承了水性聚氨酯的环保性,还大幅提升了其耐水、耐候等性能,拓宽了其应用领域。

本文旨在深入研究有机硅改性水性聚氨酯的制备工艺、性能表征及应用性能,探讨有机硅改性对水性聚氨酯性能的影响机理。

通过系统的实验研究和理论分析,为有机硅改性水性聚氨酯的工业化生产和应用提供理论支持和技术指导。

本文也期望通过这一研究,为推动水性聚氨酯材料的发展和应用做出一定的贡献。

二、有机硅改性水性聚氨酯的制备方法有机硅改性水性聚氨酯的制备主要涉及到有机硅化合物的引入和水性聚氨酯的合成两个主要步骤。

以下将详细介绍这一制备过程。

需要选择适合的有机硅化合物进行改性。

常见的有机硅化合物包括硅烷偶联剂、聚硅氧烷等。

这些化合物具有良好的耐水、耐候和耐化学腐蚀性能,能够有效提高水性聚氨酯的性能。

在选择有机硅化合物后,需要进行适当的处理,如水解、醇解等,以使其能够更好地与水性聚氨酯反应。

水性聚氨酯的合成通常采用预聚体法。

将异氰酸酯与多元醇进行预聚反应,生成预聚体。

然后,在预聚体中加入扩链剂、催化剂、水等,进行链扩展和乳化,最终得到水性聚氨酯乳液。

在合成水性聚氨酯的过程中,将处理后的有机硅化合物引入反应体系。

有机硅化合物可以与预聚体中的异氰酸酯基团发生反应,形成硅氧键,从而将有机硅链段引入水性聚氨酯分子链中。

通过控制有机硅化合物的加入量和反应条件,可以实现对水性聚氨酯性能的调控。

2024年聚氨酯市场分析现状

2024年聚氨酯市场分析现状

聚氨酯市场分析现状1. 引言聚氨酯是一种重要的合成材料,具有优异的物理性能和化学稳定性,广泛应用于建筑、汽车、家具、电子、医疗等各个领域。

本文将对聚氨酯市场的现状进行详细的分析,探讨其产业链、市场规模、竞争格局以及未来发展趋势。

2. 聚氨酯产业链分析聚氨酯产业链主要包括原料供应、聚氨酯制备、产品加工和市场销售。

原料供应环节包括聚醋酸酐、多元醇等,这些原料通常通过化工企业进行生产,并供给给聚氨酯制备企业。

聚氨酯制备环节将原料进行化学反应,产生聚氨酯原料,然后经过加工制备成不同形状和性能的聚氨酯制品。

市场销售环节涵盖了聚氨酯制品的流通、分销和销售,包括批发商、分销商和最终消费者。

3. 聚氨酯市场规模分析聚氨酯市场规模在过去几年保持了稳定增长的趋势。

据统计,2019年全球聚氨酯市场规模达到XX亿美元,预计到2025年将达到XX亿美元。

聚氨酯市场规模的增长主要受到建筑、汽车和家具行业的需求推动。

随着人民生活水平的提高和产业结构的转型,聚氨酯制品的需求将进一步增长。

4. 聚氨酯市场竞争格局分析聚氨酯市场具有较高的竞争度。

目前,全球聚氨酯制造商众多,市场上存在大型跨国公司和中小型本土企业。

跨国公司具有较强的技术实力和品牌优势,拥有全球化的销售网络和市场份额;而本土企业则凭借灵活的运作和定制化服务在特定细分市场中占据一定份额。

聚氨酯制造商之间的竞争主要体现在产品品质、成本控制、创新能力和市场拓展能力等方面。

5. 聚氨酯市场发展趋势分析(1)可持续发展:在全球环境保护意识提高的背景下,聚氨酯制造商正积极探索可持续发展的途径,推进绿色生产和循环经济,减少碳排放和环境污染。

(2)技术创新:随着科技的进步,聚氨酯制备技术不断更新换代,新材料和新工艺的应用不断扩大,从而提高了产品品质和性能。

(3)市场细分化:聚氨酯市场将趋向细分化,各个细分市场的需求将更加多样化和个性化。

聚氨酯制造商需要根据市场需求调整产品结构和服务策略。

聚氨酯泡沫塑料的研究与应用

聚氨酯泡沫塑料的研究与应用

聚氨酯泡沫塑料的研究与应用摘要:随着科学技术的不断进步,聚氨酯泡沫塑料得到了越来越高的关注度,因其具有优异的新跟那个,被广泛应用与各行各业中。

本文主要论述了聚氨酯泡沫塑料的发展和应用,并介绍了研究人员通过对聚氨酯泡沫塑料的改性,优化和提高其各方面性能,从而拓宽其应用范围。

关键词:聚氨酯,泡沫塑料,应用,改性1.泡沫塑料的概述泡沫塑料也称多孔塑料,是由传统的热塑性和热固性树脂作为原材料,通过各种发泡技术制备而成,在传统的固体塑料中填充大量的气体微孔,其结构如同海绵,属于高分子类材料。

因为泡沫塑料具有很优良的性质,如密度低质量小、吸收噪音效果好、绝热保温性能优异等,所以近年来得到了越来越多的关注。

泡沫塑料的制备成型过程简单,品种多,性能优异,在现代塑料工业中已经成为不可或缺的产品[1]。

1.聚氨酯泡沫塑料的概述聚氨酯(PU),全称为聚氨基甲酸酯,由多异氰酸酯类与多元醇类反应生成的聚合物,是在20世纪40年代,由德国科学家拜尔所发明[2]。

聚氨酯材料材料有不同的分子结构,如线形结构和体型结构,故其具有不同的性能,其结构和性能可以通过调整原材料中官能团数目来调整。

聚氨酯制品可以分为泡沫类和非泡沫类两种,聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯制品中最重要的品种,同时也是泡沫塑料的一个重要分支,被称为“第五大塑料”[3]。

聚氨酯泡沫塑料是由黑料和白料反应制备而成,其中黑料是多异氰酸酯,白料包含多元醇、表面活性剂、催化剂、发泡剂等。

根据不同的配方,改变其中一种原料的量,调整原料官能团数目就可以制备具有不同结构和性能的聚氨酯泡沫塑料[4],由于聚氨酯这种独特的特性,聚氨酯材料制备的泡沫塑料有很多种品种,具有不同的性能,可以满足不同领域的需求。

1.聚氨酯泡沫塑料的应用聚氨酯泡沫塑料在全球功能性塑料用量中排名第五,是应用较为广泛的高分子材料之一[5]。

聚氨酯泡沫塑料的导热系数很低,保温效果较好,与其他保温材料相比,达到同样的保温效果,聚氨酯泡沫塑料所需要的厚度最小,可以将其作为一种性能优异的保温材料。

聚氨酯树脂及其应用解析

聚氨酯树脂及其应用解析
以苯基异氰酸酯为例,在戊杂环膦化氧催化剂存在 下,40℃以上反应,收率可达90%左右。反应式如下:
异氰酸酯的封闭反应
异氰酸酯可与一些弱反应型活性氢化合物反应,得到的产物常温 下稳定,在一定条件下可逆向反应,这就是“封闭(blocking)”和 “解封(unblocking)”反应。
常见封闭剂有酚类(ArOH)、已内酰胺、乙酰乙酸乙酯 (CH3COCH2COOC2H5)、乙酰内酮(CH3COCH2COCH3)、丙二酸 二乙酯(C2H5OCOCH2COOC2H5)、甲乙酮肟[(CH3)(C2H5)C=NOH]、亚硫酸氢钠(NaHSO3)、咪唑类化合物、3,5-二甲基吡唑等。
异氰酸酯的三聚反应
芳香族或脂肪族(包括脂环族)异氰酸酯均 能于加热及催化下自聚为三聚体,三聚体的核基 是异氰脲酸酯(isocyanurate)六元杂环。三聚 反应是不可逆反应。下面为二异氰酸酯的三聚反 应反应式:
异氰酸酯的自缩聚反应—碳化二亚胺
在有机膦催化剂及加热条件下,异氰酸酯可发生自 身缩聚反应,生成含碳化二亚氨基(-N=C=N-)的化合物, 该反应是异氰酸酯三聚及二聚反应以外的另一重要反应。
异氰酸酯基与羟基的反应产物为氨基甲酸酯。有研究表明, 异氰酸酯与羟基的反应是二级反应,反应速率常数随着羟基含量 而变化,不随异氰酸酯浓度而改变。
多元醇与多异氰酸酯生成聚氨基甲酸酯(简称聚氨酯)。以 二元醇与二异氰酸酯的反应为例,反应式如下:
异氰酸酯与水的反应
A.Wurtz认为,异氰酸酯与水反应,首先生成不稳 定的氨基甲酸,然后由氨基甲酸分解成二氧化碳及胺。 若在过量的异氰酸酯存在下,所生成的胺与异氰酸酯继 续反应生成取代脲。它们的反应过程表示如下:
随着聚氨酯化学的研究、产品制造和应用工艺技术的进步以 及应用领域的不断扩宽,逐渐形成了目前世界上居第6大合成材 料地位[聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),聚氯乙烯(PVC),聚 苯乙烯(PS),聚酯(PET),聚氨酯(PU)]的工业体系。

聚氨酯 聚醚 成分

聚氨酯 聚醚 成分

聚氨酯聚醚成分聚氨酯(Polyurethane)和聚醚(Polyether)是两种常见的聚合物材料,在工业和日常生活中有着广泛的应用。

本文将分别介绍聚氨酯和聚醚的成分、特性以及应用领域。

一、聚氨酯的成分聚氨酯是由异氰酸酯(Isocyanate)和多元醇(Polyol)经反应生成的高分子化合物。

异氰酸酯是一种具有活性的化学物质,可以与多元醇发生缩聚反应,形成聚氨酯。

多元醇可以是多种化合物,如聚酯醇、聚醚醇等。

二、聚氨酯的特性1. 聚氨酯具有优异的强度和耐磨性,可以用于制造各种耐压、耐磨的工程零部件。

2. 聚氨酯具有良好的弹性和弯曲性能,可以用于制造弹簧、密封圈等弹性元件。

3. 聚氨酯具有良好的耐候性和耐腐蚀性,可以用于制造室外建筑材料、化工容器等。

4. 聚氨酯具有良好的绝缘性能和吸音性能,可以用于制造电气绝缘材料、隔音材料等。

三、聚氨酯的应用领域1. 建筑领域:聚氨酯可以用于制造保温材料、隔音材料、防水材料等,提高建筑物的能效和舒适性。

2. 交通运输领域:聚氨酯可以用于制造汽车座椅、车身件、轮胎等,提高乘坐舒适度和安全性。

3. 家具领域:聚氨酯可以用于制造沙发、床垫、椅子等,提供舒适的坐卧体验。

4. 医疗领域:聚氨酯可以用于制造人工心脏瓣膜、假肢、医用弹性胶带等,提高医疗设备和救治效果。

5. 电子领域:聚氨酯可以用于制造电子封装材料、电线电缆护套等,提供电气绝缘和保护作用。

聚醚(Polyether)是一种以醚基为主链的聚合物材料,与聚氨酯相比具有一些特殊的特性。

一、聚醚的成分聚醚是由环氧化合物和醇反应生成的高分子化合物。

环氧化合物是一种含有环氧基的化学物质,可以与醇发生环氧化反应,形成聚醚。

醇可以是多种化合物,如乙二醇、丙二醇等。

二、聚醚的特性1. 聚醚具有较低的粘度和较高的流动性,易于加工成型。

2. 聚醚具有良好的耐热性和耐寒性,可以在高温或低温环境下使用。

3. 聚醚具有良好的耐腐蚀性和耐溶剂性,可以用于制造化学容器、管道等。

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水性聚氨酯胶粘剂的改性及研究进展摘要:本文主要介绍了水性聚氨酯的特点和粘接机理,综述了水性聚氨酯胶粘剂的改性方法及其研究进展。

同时对水性聚氨酯胶粘剂的应用及发展方向进行了展望。

关键词:水性聚氨酯;胶粘剂;改性;应用0 引言以水为分散介质的胶粘剂,称为水性胶粘剂。

水性胶粘剂是胶粘剂的发展趋势之一,与溶剂型胶粘剂相比,其具有无溶剂释放,符合环境保护要求,成本低,不燃,使用安全等特点,因此受到国内外广泛重视。

水性聚氨酯(WPU)胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂,也称为水系聚氨酯或水基聚氨酯。

依照其外观和粒径,可将水性聚氨酯分为三类,见表1表1水性聚氨酯按外观和粒径分类外观粒径/μm聚氨酯水溶液透明<0.001聚氨酯分散液半透明0.001~0.1聚氨酯乳液白浊>0.1 其中,后两者在有关文献中并不并不严格区分,统称为聚氨酯分散液或聚氨酯乳液。

实际应用中,水性聚氨酯以聚氨酯乳液或分散液居多,水溶液少。

水性聚氨酯以水为基本介质,具有不燃、气味小、不污染环境、节能、操作加工方便等优点,已受到人们的重视。

1 结构与特性1.1 结构特点聚氨酯的分子链一般由“软段”和“硬段”两部分组成,故聚氨酯又可看作一种含有软链段和硬链段的嵌段共聚物[2]。

其中,软段一般由低聚物多元醇(通常是聚醚、聚酯或聚烯烃二醇)组成,一般呈无规卷曲状态,其玻璃化温度低于室温,链段非常柔软,因而称之为柔性链段(或软段)。

而硬段由多异氰酸酯或其与小分子扩链剂组成,链段比较僵硬,常温下伸展成棒状,链段不易改变自己的构象,因而被称之为刚性链段(或硬段)。

1966年Cooper s.L.等由聚氨酯的线性粘弹性行为首先提出了聚氨酯的微相分离理论[3],指出,聚氨酯中存在大量氢键,聚氨酯独特的柔韧性和宽范围的物性可用两相形态学来解释:聚氨酯的硬段相起增强作用,提供多官能团度物理交联,软段基体被硬段耜区交联。

聚氨酯的优良性能首先是由于微相区形成的结果,而又不单纯是硬段与软段之间的氢键所致。

1.2 特性水性聚氨酯与溶剂型聚氨酯相比,水性聚氨酯除了无溶剂臭味、无污染等优点外,还具有下述特点:一、水性聚氨酯胶粘剂粘接性能好,胶膜物性可调节范围大,可用于多种基材的粘接。

二、影响粘度的重要因素有离子电荷、乳液粒径等。

聚合物分子上的离子及反离子(溶液中与聚氨酯主链、侧链中所含有离子基团极性相反的自由离子)越多,粘度越大;而浓度、聚氨酯分子的分子量、交联剂等因素对粘度的影响并不明显,这有利于提高聚氨酯的分子量,从而提高内聚强度。

三、由于水的挥发比有机溶剂差,故干燥较慢,并且由于水的表面张力大,润湿能力差。

由于大多数水性聚氨酯是由含亲水性的聚氨酯为主要固体成分,而且有时含有水溶性助剂,胶膜干燥后一般须形成一定程度的交联,否则耐水性不佳。

四、可与多种水性树脂混合或改性,以改进性能或降低成本。

五、气味小,操作方便,残余物易清理,而溶剂型聚氨酯使用中有时还需耗用大量溶剂,清理也不及水性聚氨酯方便[4]。

2 粘接机理大多数水性聚氨酯胶粘剂中不含有异氰酸根(-NCO)基团,因而主要是靠分子内极性基团产生内聚力和粘附力进行固化。

由于水性聚氨酯胶粘剂具有较多的极性基团,如氨酯键、脲键、离子键等,因此与许多材料特别是和泡沫塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料和金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的粘合力。

聚氨酯与被粘材料之间产生的氢键作用使分子内力增强,使得粘合更加牢固。

郭文杰等[5]以自制的多重改性WPU复合乳液为基料,配合适量的消泡剂、润湿剂和偶联剂等,制备出软包装覆膜用多重改性WPU胶粘剂。

考察了消泡剂、润湿剂和偶联剂用量对胶粘剂性能的影响,分析了胶粘剂对聚烯烃薄膜的粘接机理。

结果表明:该胶粘剂对经过电晕处理的聚烯烃薄膜表面润湿性好、润湿速率快,并且和基材表面存在着广泛的氢键,因此其与聚烯烃薄膜表面有较强的吸附作用;通过外加偶联剂己二酰肼(ADH),强化了胶粘剂对聚烯烃表面的粘接效果;当w(消泡剂)=0.3%、w(润湿剂)=0.5%和w(ADH)=0.5%时,BOPP(双向拉伸聚丙烯)膜和CPP(流延聚丙烯)膜之间的最终粘接强度为264 N/m,可以满足软包装覆膜用胶粘剂的使用要求。

3 水性聚氨酯的改性由于水性聚氨酯胶粘剂具有耐水性不好、干燥速度慢、初粘性低、对非极性基材润湿性差等问题,国内外许多学者对其进行了大量的改进研究并取得了较大进展。

研究表明,将水性聚氨酯浓度提高至50%以上,在40~60℃的干燥温度下,其干燥速度与溶剂型聚氨酯胶粘剂相似。

此时,可将其与其它乳液共混或与其它单体共聚形成互穿网络或接枝结构,既可提高初粘性和粘接性能,还可降低成本。

水性聚氨酯胶粘剂的改性主要有:丙烯酸改性、环氧树脂改性、聚硅氧烷改性、纳米材料复合改性等。

3.1 丙烯酸改性水性聚氨酯胶粘剂具有耐低温、柔韧性好等优点,但其耐高温、耐水性差。

丙烯酸(PA)乳液具有较好的耐水性、耐候性,与其他合成高分子树脂相比,又具有优异的耐光性、户外曝晒耐久性、较好的耐酸碱性等,但存在硬度大、不耐溶剂等缺点,用丙烯酸酯对WPU改性,可各自获得性能优势上互补。

丙烯酸酯改性聚氨酯(PUA)胶粘剂的方法主要有:(1)共混:将聚氨酯分散体与聚丙烯酸酯分散体共混,加入交联剂,形成聚氨酯-丙烯酸酯共混复合分散体;(2)核-壳聚合:先合成聚氨酯分散体,再以此为种子进行丙烯酸酯分散聚合,形成具有核-壳结构的PUA复合分散体;(3)互穿网络(IPN)接枝共聚:将两种分散体以分子线度相互渗透,然后进行反应,形成高分子互穿网络的PUA复合分散体;(4)合乳液共聚:先合成带C=C双键的不饱和氨基甲酸酯单体,再将该单体和丙烯酸酯单体进行分散体共聚,得到PUA共聚分散体。

黄洪等[6]以丙烯酸酯为改性剂合成了改性的水性聚氨酯乳液,并将以该乳液配胶制成的胶粘剂对PVC复合包装膜进行粘结实验。

结果显示,性能良好,利用红外光谱分析了改性聚氨酯乳液的结构,发现结构中存在共聚结构部分。

Williams N等[7]将丙烯酸类单体、扩链剂和催化剂加入事先制备好的水性聚氨酯预聚物中,进行自由基聚合反应,得到了核-壳无交联型的丙烯酸-聚氨酯杂合水分散体,对其进行性能测试。

结果表明,其涂膜耐磨损性、耐水性和抗污性均有所提高。

王士财等[8]通过对丙烯酸乙酯(EA)改性聚氨酯乳液合成工艺、EA用量和所制乳液及其涂膜性能关系的研究,确定了合适的工艺条件和EA添加量。

结果表明,EA改性聚氨酯乳液的最佳工艺是采用K2S2O8为引发剂,且其用量为乳液总质量的0.7%,乳液温度控制在80~85℃之间。

同时,EA的合适添加量为30% ~40%。

EA改性的聚氨酯胶粘剂具有较高的硬度、拉伸强度和耐水性,综合性能优越,能取代溶剂型聚氨酯,有利于环保。

丙烯酸酯改性水性聚氨酯有“第三代水性聚氨酯”之称,这种改性技术综合了水性聚氨酯和丙烯酸酯树脂的优点,广泛用于皮革胶粘剂、涂饰、涂料、织物涂层、印染等工业领域。

3. 2环氧树脂改性环氧树脂具有优异的粘接性能,并具有高模量、高强度、低收缩率和耐化学品性等优点,但环氧树脂韧性差,抗冲击强度低,固化后质脆。

环氧树脂为多羟基化合物,可以作为羟基组分与异氰酸酯反应,交联形成网状结构,不仅有利于提高PU涂膜的力学性能和耐水性,其力学性能、粘接强度、耐水、耐溶剂等性能都会得到提高。

谢伟等[9]用内交联法和共聚改性对水性聚氨酯胶粘剂进行了复合改性研究,在用环氧树脂E-51和内交联剂三羟甲基丙烷(TMP)共同改性的水性聚氨酯胶粘剂中,适当添加环氧树脂可得到稳定的乳液,且综合性能较好。

通过DSC和力学性能等方面的研究,找出合适的环氧树脂质量分数为4.0%~8.0%。

用环氧树脂改性的水性聚氨酯涂膜具有硬度高,耐水性好等特点。

郭俊杰等[10]利用环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂,探讨了中和度对乳液粒径、外观和贮存稳定性的影响,改性后胶粘剂对多种复合薄膜性能的影响,同时还分析了固含量、溶剂对剥离强度和干燥速度的影响。

结果表明,中和度为95%~100%时乳液具有良好外观和贮存稳定性,改性后的胶粘剂对多种复合薄膜具有较强的粘接性能,固体质量分数下降为30%时仍然具有较高剥离强度,加入少量溶剂能加快干燥速度。

吴晓青等[11]用环氧树脂E-44对水性聚氨酯进行改性,当二羟甲基丙酸(DMPA)质量分数为5% ~7%、环氧树脂质量分数为5% ~8%时,采用相反转分散法可得到性能良好且稳定的环氧树脂改性水性聚氨酯分散液。

3. 3聚硅氧烷改性有机硅(聚硅氧烷)是一类以重复的Si—O键为主链,硅原子上直接连接有机基团的聚合物。

聚硅氧烷具有低温柔顺性好、表面张力低,生物相容性、耐燃性、耐候性、耐水性、热稳定性好等优点。

但要使有机硅连接到聚氨酯上,有机硅分子链上必须含有能与NCO基反应的活性基团,如羟基、氨基、乙烯基、环氧基等。

冯金辉等[12]采用溶剂转化法和硅烷偶联剂,对亲水性硅溶胶进行有机化改性。

发现与传统的短链偶联剂(如KH560、KH570)相比,使用长链聚醚型硅烷偶联剂改性的纳米SiO2粒子,能够在PUA胶粘剂中得到良好的分散,并形成柔性界面层,从而明显提高胶粘剂粘接强度,其拉伸剪切强度从16.13 MPa增加到25.97 MPa,剥离强度从20.4 kN/m增加到30.97kN/m。

马伟等[13]采用自乳化法合成了有机硅改性水性聚氨酯乳液,通过对性能的研究表明:当有机硅质量分数为10%时,有机硅改性水性聚氨酯的综合性能最好;同时,降低DMPA含量可以提高涂膜的耐水性,改善其综合性能。

Pathak S S[14]用有机硅甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)改性水性聚氨酯涂料,增强了水性聚氨酯涂料的弹性和机械应力,其降解温度增加到约206℃,热稳定性得到较大的增加,可适用于航天、海洋、汽车等领域。

3. 4纳米材料复合改性[15]水性聚氨酯的纳米材料复合改性主要采用机械共混法。

纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质,可以使材料获得新的功能。

聚合物/无机粒子复合材料是当前材料科学领域研究的热点之一。

由于其具有独特的结构,聚合物/无机粒子复合材料具有许多有别于普通复合材料的特点。

而聚合物/蒙脱土纳米复合材料的性能更是其它复合材料所不及的。

相信随着研究的不断深入和对插层及复合机理了解的不断深化,可设计并合成出性能优异的聚合物/蒙脱土纳米复合材料,并最终应用到工业化中去。

聚氨酯的应用领域必将随之拓展。

3. 5其它方法改性水性聚氨酯胶粘剂水性聚氨酯也还与其他物质进行共聚改性,其它改性方法有交联改性和利用脂肪族聚酯、天然高分子材料如木质素、淀粉、树皮、酪蛋白、蓖麻油等植物油来改性或合成可生物降解聚氨酯。

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