包装材料用水性聚氨酯胶粘剂的制备及性能

摘要

本文以TDI、聚酯多元醇、聚醚多元醇、DMPA等为原料，用丙酮法合成了单组分水性聚氨酯胶粘剂。主要考察了NCO/OH比值、羧基含量、聚酯聚醚多元醇复配比例、小分子扩链剂加入量、内交联剂加入量、涂胶量等因素对水性聚氨酯胶粘剂综合性能以及复合薄膜T型剥离强度的影响，并对水性聚氨酯乳液做了红外分析和粒径表征。结果表明：NCO/OH比值为1.3、羧基含量1.2(wt％)时水性聚氨酯粘接性能较好；聚酯聚醚多元醇复配能提高水性聚氨酯的综合性能；适量加入小分子扩链剂双酚A或丁二醇可提高水性聚氨酯胶粘剂的硬度和粘接强度，降低其吸水率；内加交联剂A和B混合使用时水性聚氨酯胶粘剂的粘接强度最佳；随着涂胶量的增多，复合薄膜的T型剥离强度随之不断上升，但当涂胶量增多到一定的量后，T型剥离强度变化不大：水性聚氨酯胶粘剂对极性薄膜的粘接强度优于非极性薄膜，对金属的粘接性能较差。通过红外和粒径等微观表征可以看出，在水性聚氨酯乳液和交联剂体系中发生了交联反应，但交联反应对乳液粒径影响不大。
　　 本文在上述合成的单组分水性聚氨酯的基础上，分别选用了四种外加交联剂环氧树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、氮丙啶、水性多异氰酸酯制得具有更高粘接强度的双组分水性聚氨酯胶粘剂。考察了外交联剂加入量、热处理时间、热处理温度等因素对水性聚氨酯的稳定性、粘度、交联度、耐水耐溶剂性、粘接强度等性能的影响。结果表明：外加交联剂能显著提高水性聚氨酯胶粘剂的粘接强度，环氧树脂的最佳用量为5％(w/w)，三聚氰胺-甲醛树脂的最佳用量为10％(w/w)，氮丙啶和水性多异氰酸酯的最佳用量都在2％(w/w)左右；提高热处理温度和延长热处理时间对提高高温型双组分水性聚氨酯胶粘剂的粘接性能有很好的效果，环氧树脂的最佳热处理温度在50℃，三聚氰胺-甲醛树脂的温度为70℃；热处理对氮丙啶和水性多异氰酸酯的T剥离强度没有影响：交联反应时间对室温型双组分水性聚氨酯胶粘剂的粘接强度有一定影响，氮丙啶加入聚氨酯乳液放置两天后粘接强度最佳，而水性多异氰酸酯与聚氨酯乳液放置一天就能达到较高强度；加入交联剂后，水性聚氨酯乳液粘度加大，稳定性下降，耐溶剂性增强，复合薄膜浸泡液的蒸发残渣降低；氮丙啶和水性多异氰酸酯加入量大致分别为1.0％(w/w)和2.0％(w/w)时，体系的交联度已趋于平稳。运用扫描电镜、红外光谱、热分析等手段对交联剂加入后水性聚氨酯内部结构的变化作了相应的表征，结果表明：在水性聚氨酯乳液和交联剂体系中发生了交联反应；随着外加交联剂的加入，水性聚氨酯胶层破坏类型发生变化；随着环氧树脂和三聚氰胺一甲醛树脂的加入，水性聚氨酯胶膜表面水接触角下降；随着氮丙啶和水性多异氰酸酯的加入，水性聚氨酯胶膜玻璃化转变温度上升。