双组分水性聚氨酯胶黏剂的合成及表征

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1、双组分水性聚氨酯胶黏剂的合成及表征郑延清1*通信作者：yanqingz2115@163.com，邹友思2(1.闽江学院化学与化学工程系，福建福州350108；2.厦门大学材料学院，福建厦门361005)摘要：以聚酯二元醇、甲苯二异氰酸酯（TDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）、1,4-丁二醇（BDO）和三羟甲基丙烷（TMP）等为原料合成了双组分水性聚氨酯的多元醇组分作为A组分。考虑到溶解性，反应活性，工业成本等因素，本文从小分子二元醇（如乙二醇，丙二醇，丁二醇，一缩乙二醇等），小分子三元醇（甘油），小分子四元醇（季戊四醇），聚乙二醇（相对分子质量从20

2、0到2000），聚丙二醇（相对分子质量从300到2000）等数十种醇类化合物中，反复试验，再三筛选，最后确定以聚乙二醇-800和六亚甲基二异氰酸酯（HDI）三聚体为原料合成了亲水性多异氰酸酯固化剂作为B组分。将A、B组分混合配制，得到了双组分水性聚氨酯胶黏剂。通过红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMR）、粘度、吸水率、粘接强度、离心稳定性等性能测试，分别对A、B组分合成的关键步骤及影响产物性能的各种因素进行了探讨。结果表明，当DMPA、BDO、TMP的质量分数分别为6%、4%、3%时，多元醇组分的外观、稳定性、粘接强度等性能较好；选择聚乙二醇作为

3、亲水组分对HDI三聚体进行改性，且当其添加的质量分数为11%及以上时，制备出的多异氰酸酯固化剂组分具有较好的水分散性。关键词：水性聚氨酯；胶黏剂；多元醇组分；固化剂；粘接强度中途分类号：O631文章标志码：A文章标号：聚氨酯胶黏剂具有独特的软硬段结构，这种化学结构决定了它具有耐低温、耐磨、耐脆化、拉伸强度高、韧性、弹性好等优点[1-4]。传统的溶剂型聚氨酯胶黏剂以二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯等溶剂为分散介质，这些溶剂易燃易爆，挥发性和毒性较大，污染环境，危害操作者的身体健康。近年来，随着保护环境的舆论压力和人们的环保意识不断增强，一些发达国家制定了限

4、制挥发性有机物（VOC）的法律法规，这些因素促进了水性聚氨酯（WPU）的快速发展[5,6]。目前，水性聚氨酯胶黏剂已广泛应用于汽车工业，食品软包装、制鞋工业等各个领域[7],但质量较好的产品大多出自美国，日本和德国的大公司。单组分水性聚氨酯使用方便，但是许多性能如耐水性、耐溶剂性、耐化学品性、耐磨性、硬度等尚不能达到溶剂型聚氨酯的水平；而双组分水性聚氨酯通过使用多异氰酸酯作为固化剂交联固化，大大提高了产品的交联密度，性能可与溶剂型聚氨酯相媲美。目前国内对水性聚氨酯的研究报道主要集中于单组分水性聚氨酯或双组分水性聚氨酯的多元醇组分的研究,对水性聚氨酯

5、固化剂的合成及表征报道极少。本文采用预聚体法制备和表征了双组分水性聚氨酯的多元醇组分（A组分），并用低分子量聚乙二醇对多异氰酸酯进行亲水改性，成功合成和表征了水性聚氨酯固化剂（B组分），系统研究了A、B组分合成的关键步骤及影响产物性能的各种因素。将A、B组分混合使用，得到了具有优异粘接性能的水性聚氨酯胶黏剂。已具备进行工业化生产的条件，具有较好的市场应用前景。1实验部分1.1原料聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA，相对分子质量M=2000)，上海嶅稞实业有限公司；甲苯二异氰酸酯（TDI），天津市风船化学试剂科技有限公司；二羟甲基丙酸（DMPA）

6、，广州市腾利化工有限公司；1,4-丁二醇（BDO）、聚乙二醇（PEG，相对分子质量M=800），西陇化工股份有限公司；三羟甲基丙烷（TMP）、三乙胺（TEA），国药集团化学试剂有限公司；二月桂酸二丁基锡（DBTDL），上海化工原料公司试剂部；丁酮，汕头市达濠精细化学品有限公司；HDI三聚体，上海山聚化工有限公司；聚乙二醇单甲醚（MPEG，相对分子质量M=800），广州市靖诚贸易有限公司。1.2实验过程1.2.1A组分的合成在装有冷凝管、搅拌器、加热器的干燥三颈瓶中加入DMPA粉末和经脱水处理的PBA。通冷凝水，开启搅拌，加热至40℃，缓慢滴入TDI

7、，并加入催化剂（DBTDL），升温至70～80℃进行反应。待-NCO含量达到理论值时，加入计量的BDO和TMP，反应过程中视体系粘度大小加入丁酮降粘。待-NCO含量达到理论值时，降温至40℃，加入中和剂TEA，搅拌15min后，降至室温，缓慢加入去离子水，乳化30min即得水性聚氨酯胶黏剂的多元醇组分。每次实验投料均保持n(-NCO)/n(-OH)为0.90，实验所制备的全部样品固含量均始终保持30%（质量分数）左右。1.2.2B组分的合成在装有冷凝管、搅拌器、加热器的干燥三颈瓶中预先加入HDI三聚体，在强力搅拌下缓慢滴加PEG，常温搅拌0.5h后

8、，升温至80℃反应一段时间，用二正丁胺滴定法测定-NCO含量，如达到理论值，终止反应即得到亲水改性的多异氰酸酯固化剂。实验