聚氨酯的应用及研究进展.doc

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1、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

2、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

3、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Coopers.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

4、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

5、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，因而主要是靠分子极性基团产生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、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力增

6、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

7、(流延聚丙烯)膜之间的最终粘接强度为264N/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

8、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