水性聚氨酯復(fù)膜膠的制備與表征

王艷榮，殷錦捷，李 平

（銀川能源學(xué)院石油化工系，寧夏銀川 750105）

水性聚氨酯復(fù)膜膠的制備與表征

王艷榮，殷錦捷，李 平

（銀川能源學(xué)院石油化工系，寧夏銀川 750105）

利用聚酯二元醇、甲苯二異氰酸酯和二羥甲基丙酸合成水性聚氨酯復(fù)膜膠乳液。考察了-NCO含量、擴(kuò)鏈劑對水性聚氨酯復(fù)膜膠力學(xué)性能的影響。利用紅外光譜儀和電子萬能試驗(yàn)機(jī)對水性聚氨酯復(fù)膜膠的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明：隨著-NCO含量的增加水性聚氨酯復(fù)膜膠斷裂伸長率降低而拉伸強(qiáng)度增加，剝離強(qiáng)度具有最大值。

水性聚氨酯；親水性擴(kuò)鏈劑；合成；性能

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對包裝材料的要求也不斷提高，不僅注重外表美觀，同時(shí)也很重視其實(shí)用性。這些要求可以借助于復(fù)膜膠得以實(shí)現(xiàn)，使用復(fù)膜膠將不同性質(zhì)的薄膜材料粘接在一起，從而使得復(fù)合薄膜具有良好的強(qiáng)度、遮光性、氣密性、熱封性、防水防潮性和抗破損性等諸多優(yōu)點(diǎn)[1-3]。因此，在包裝行業(yè)等領(lǐng)域中復(fù)膜膠的應(yīng)用特別廣泛。

水性聚氨酯（WPU）復(fù)膜膠是一種環(huán)保型材料，是以水為介質(zhì)制備的一種新型復(fù)膜膠，在生產(chǎn)過程中不使用有害溶劑，從而沒有有害溶劑揮發(fā)出來，這就從根本上消除了殘留的溶劑。這種水性復(fù)膜膠克服了溶劑型膠黏劑所存在的一系列問題，如：有毒、引起異味、易燃、易造成空氣污染等缺點(diǎn)，而價(jià)格和性能和溶劑型的相當(dāng)，水性復(fù)膜膠的綜合成本要低于現(xiàn)有的溶劑型復(fù)膜膠，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ膹?fù)膜膠[4-7]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：聚酯二元醇（工業(yè)級）、甲苯二異氰酸酯TDI（分析純）、丙酮（化學(xué)純）、N，N-二乙基乙胺（分析純）、二羥甲基丙酸（DMPA）、二羥甲基丁酸（DMBA，工業(yè)級）、二月桂酸二丁基錫（催化劑，分析純）。

實(shí)驗(yàn)儀器：增力電動(dòng)攪拌器JB50-D型、電子調(diào)溫電熱套98-1-B、真空泵2XZ-2、電子天平JA2003、涂-4杯、傅立葉變換紅外光譜儀FTS-135、微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)CMT7104、邵氏橡膠硬度計(jì)LX-A型、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀Q-800。

1.2 WPU復(fù)膜膠的制備

在一定溫度下對聚酯多元醇進(jìn)行脫水處理，降溫后加入TDI進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)一段時(shí)間后再加入適量的DMPA，并調(diào)節(jié)溫度，在此期間當(dāng)黏度增大時(shí)加入一定量的丙酮，加入丙酮以后黏度會(huì)明顯地降低但是溫度同時(shí)也會(huì)隨之降低，因而要開大加熱套的開關(guān)使溫度增大，這時(shí)要切記攪拌器的轉(zhuǎn)速不應(yīng)該太快，否則丙酮將會(huì)回流的太快而溫度不會(huì)升高。反應(yīng)一定時(shí)間后降溫，在攪拌的情況下加入適量的三乙胺使其成鹽，成鹽后加水在高速攪拌的情況下分散，得到的復(fù)膜膠。PU預(yù)聚物的制備過程（見圖1），親水?dāng)U鏈過程（見圖2），成鹽過程（見圖3）。

1.3 性能表征

圖1 PU預(yù)聚物的制備

圖2 親水PU預(yù)聚物的擴(kuò)鏈

圖3 PU預(yù)聚物的成鹽

1.3.1 傅立葉紅外光譜分析 對DMPA做親水性擴(kuò)鏈劑的水性聚氨酯膠膜進(jìn)行了紅外光譜分析（FTIR），譜圖（見圖4），該聚合物具有的特征基團(tuán)的歸屬（見表1）。

圖4 WPU膠膜的紅外光譜圖

表1 WPU特征基團(tuán)的歸屬

從圖 4 可以看出，1730.1 cm-1、2955 cm-1、1730.1 cm-1有明顯的特征吸收峰，對應(yīng)的是氨基甲酸酯基團(tuán)中的C=O譜帶、亞甲基中的C-H基準(zhǔn)譜帶和酯基中的C=O；1607 cm-1～1387 cm-1為 TDI中苯環(huán)的特征峰。由此可見，預(yù)聚體中含有-NCO基和氨基甲酸酯鍵，說明兩種反應(yīng)物（TDI和聚酯二元醇）發(fā)生了反應(yīng)，又因?yàn)門DI中兩個(gè)-NCO基團(tuán)反應(yīng)活性不同，相差將近10倍，再加上在制備過程中TDI過量，因而產(chǎn)物主要是端基是-NCO基的聚氨酯預(yù)聚體，而不是線型聚氨酯大分子。在該譜圖上異氰酸酯的-NCO基的特征吸收峰（2273 cm-1）并沒有出現(xiàn)，說明TDI參加了反應(yīng)，并基本上已經(jīng)消耗完全。

1.3.2 不同含量的異氰酸根（-NCO）對WPU復(fù)膜膠機(jī)械性能的影響 對異氰酸根含量不同的一組聚氨酯膠膜進(jìn)行力學(xué)性能測試，其結(jié)果（見圖5、圖6）。

由圖5、圖6可以看出，隨著異氰酸根（-NCO）含量的增加，WPU膜的斷裂伸長率減小，拉伸強(qiáng)度隨之增大。

1.3.3 不同擴(kuò)鏈劑對WPU機(jī)械性能的影響 為了比較擴(kuò)鏈劑對WPU性能的影響，二羥甲基丁酸（DMBA）和二羥甲基丙酸（DMPA）在-NCO含量34%，并加入一滴二月桂酸二丁基錫催化劑的條件下制備了一組水性聚氨酯分散，并對其進(jìn)行了機(jī)械性能測試（見圖7、

圖5 異氰酸根對WPU斷裂伸長率的影響

圖6 異氰酸根對水性聚氨酯拉伸強(qiáng)度的影響

圖7 不同擴(kuò)鏈劑對WPU斷裂伸長率的影響

圖8 不同擴(kuò)鏈劑對WPU拉伸強(qiáng)度的影響

圖8）。從圖7、圖8可以看出DMBA的力學(xué)性能較DMPA的要好，這是因?yàn)镈MBA的親水性比DMPA的好，使得聚氨酯預(yù)聚體在水中能夠很好地分散，并且使得分子鏈中的親水性的鏈段增加，這就使得水性聚氨酯的力學(xué)性能好。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用陰離子自乳化法，以TDI、聚酯二元醇和DMPA為原料成功的制備了WPU復(fù)膜膠。

隨著異氰酸根（-NCO）含量的增加，WPU膜的斷裂伸長率減小，拉伸強(qiáng)度隨之增大。

在用DMBA和DMPA做擴(kuò)鏈劑時(shí)，由DMBA制得的水性聚氨酯膠膜的斷裂伸長率較DMPA的增加，拉伸強(qiáng)度減小。

［1]周文華，楊輝榮．水性紙塑復(fù)膜膠的研究進(jìn)展［J］．精細(xì)石油化工進(jìn)展，2003，4（4）：55-58.

［2]胡濱，劉國軍，劉素花，張桂霞．水性丙烯酸酯類紙塑復(fù)膜膠的研究進(jìn)展［J］．粘接，2012，35（8）：16-17.

［3]崔渤．塑料復(fù)合軟包裝膠黏劑市場研究［J］．塑料與包裝，2010，（4）：20-21.

［4]Burhan Ates，Suleyman Koytepe，et al.Biodegradable nonaromatic adhesive polyurethanes based on disaccharides for medical applications ［J］.International Journal of Adhesion and Adhesives，2014，（49）：90-96.

［5]葉青萱．軟包裝用聚氨酯膠黏劑發(fā)展近況［J］．化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2011，9（1）：21-30.

［6]薛超霞，鐘燕妮，皮丕輝，文秀芳，蔡智奇，等．水性可剝離紙塑復(fù)膜膠的研制［J］．電鍍與涂飾，2014，33（2）：51-54.

［7]Peyman Najafi Moghadam，Mazaher Yarmohamadi，et al.Preparation of polyurethane wood adhesives by polyols formulated with polyester polyols based on castor oil［J］.International Journal of Adhesion and Adhesives，2016，68:273-282.

Preparation and research of polyurethane adhesive

WANG Yanrong，YIN Jinjie,LI Ping
（Department of Petrochemical Technology Yinchuan Institute of Energy,Yinchuan Ningxia 750105，China）

Water-borne polyurethane lamiating adhesive was prepared derived from polyester diols,toluene diisocynate,dihydromethyl propionic acid.The influence of the content of NCO groups and chain extender on the mechanical properties were investigatied.The structure and properties were characterized by fourier transform infrared spectrometer（FT-IR）and universal testing machine.The results show that the elongation at break decrease,and tensile strength increase with the content of NCO group.

water-borne polyurethane；hydrophilia-chain-extender；synthesis；property

TQ612.9

A

1673-5285（2017）09-0105-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.026

2017－08-02

銀川能源學(xué)院校級重點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2015-KY-Z-05。

王艷榮，女（1988-），河北張家口人，助教，碩士，主要從事高分子材料方面的研究工作。