舞蹈服裝用聚氨酯膠粘劑制備與性能研究

羅艷嬌

(仙桃職業學院,湖北 仙桃 433000)

國民經濟的快速發展和人們對物質精神文化追求的提高,舞蹈教學以及舞蹈活動在全國范圍內普遍推廣,并已成為人們日常娛樂生活的重要組成部分,由此也給舞蹈服裝的產業發展帶來了良好機遇。這主要是因為舞蹈服裝作為塑造外形的重要組成部分,因此有必要對舞蹈服裝的材質性能提出一定的要求。由于用于舞蹈服裝的衣著和服飾的多樣化,常用的舞蹈服裝多需要采用綠色環保型膠粘劑來加工成型[1],在聚氨酯膠粘劑制備過程中,通常都需要先制備聚氨酯膠粘劑預聚體,而預聚體的熱物性對后期舞蹈服裝用膠粘劑的性能(剝離強度、熱物性等)會產生重要影響[2-5],而影響聚氨酯膠粘劑預聚體熱物性與聚氨酯膠粘劑成粒效果密切相關,其主要因素為造粒過程中的分散介質[6-7]。此外,聚氨酯中—NCO/—OH摩爾比也是影響膠粘劑熱物性和力學性能的重要參數,而目前這方面的研究報道較少[8-10]。為了提升舞蹈服裝用聚氨酯膠粘劑的剝離強度和熱穩定性,研究了分散液介質種類和聚氨酯中—NCO/—OH摩爾比(R值)對聚氨酯膠粘劑熱物性和力學性能影響,結果將有助于舞蹈服裝用膠粘劑的開發并推動其在舞蹈服裝中的應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

聚己二酸一縮二乙二醇酯二醇(PDA3000):工業純;二異氰酸酯(IPDI) 、1,4-丁二醇(BDO)、二羥甲基丙酸(DMPA):均為分析純。

1.2 試樣制備

以PDA3000為軟段,PPDI、BDO和DMPA為硬段,按照軟段:硬段質量比3∶1比例合成聚氨酯預聚體,反應溫度為68 ℃、合成時間為60 min,并通過分散介質進行分散造粒。聚氨酯膠粘劑成粒效果的影響因素主要與分散介質有關[11],分別選取液體石蠟、水和正丁醇介質對聚氨酯膠粘劑預聚體進行分散造粒,所得到的聚氨酯膠粘劑分別記為PPA1、PPA2和PPA3。

1.3 測試方法

參照GB/T 532—2008標準進行剝離強度測試,測試溫度為室溫,初期剝離力以50 mm/min速度測試,24 h后測試后期剝離力,以3組試樣平均值作為測試結果。采用DTG-60/DTG-60A差熱熱重同步分析儀測試DTG曲線,保護氣為氮氣,流量為40 ml/min,升溫速率為8 ℃/min。根據GB/T 2794-2013標準測試聚氨酯膠粘劑的粘度[12],溫度為室溫;采用X-4數顯熔點測定儀對聚氨酯膠粘劑的熔化溫度進行測試,施膠溫度采用PUR活化機進行,將聚氨酯膠粘劑滴在橡膠片上,根據熔化溫度測定施膠溫度[13]。

2 結果與分析

2.1 分散液介質

表1為聚氨酯膠粘劑熔化溫度和T型剝離強度。

表1 聚氨酯膠粘劑熔化溫度和T型剝離強度Tab.1 Melting temperature and T-peel strength of polyurethane adhesive

由表1可見3種聚氨酯膠粘劑的施膠溫度都為98 ℃,PPA1、PPA2和PPA3膠粘劑的熔化溫度分別為56、58和55 ℃;從T型剝離強度來看,初期和后期的T型剝離強度變化趨勢相同,都表現為PPA3>PPA2>PPA1膠粘劑,這也說明聚氨酯膠粘劑預聚體在正丁醇中的分散造粒效果要優于在液體石蠟或者水中的分散造粒效果[14-15]。

圖1為不同介質分散造粒得到的聚氨酯膠粘劑的TG曲線。

圖1 不同介質分散造粒得到的聚氨酯膠粘劑的TG曲線

對于PPA1聚氨酯膠粘劑試樣,第1階段的失重率為90.63%,第2階段的失重率為9.37%;對于PPA2聚氨酯膠粘劑試樣,第1階段的失重率為90.54%,第2階段的失重率為9.46%;對于PPA3聚氨酯膠粘劑試樣,第1階段的失重率為93.92%,第2階段的失重率為6.08%。可見,第1階段失重率從大至小順序依次為:PPA3、PPA1、PPA2;第2階段失重率從大至小順序依次為:PPA2、PPA1、PPA3。

圖2為不同介質分散造粒得到的聚氨酯膠粘劑的DTG曲線。對于PPA1聚氨酯膠粘劑試樣,起始反應溫度為316.7 ℃,失重50%時對應的溫度為402.2 ℃,分解速率最快時對應溫度為415.5 ℃;對于PPA2聚氨酯膠粘劑試樣,起始反應溫度為306.7 ℃,失重50%時對應的溫度為396.7 ℃,分解速率最快時對應溫度為412.9 ℃;對于PPA3聚氨酯膠粘劑試樣,起始反應溫度為299.2 ℃,失重50%時對應的溫度為393.2 ℃,分解速率最快時對應溫度為412.7 ℃。可見,3種聚氨酯膠粘劑試樣的分解速率最快時對應溫度相差不大,但是起始反應溫度和失重50%時對應的溫度有明顯差異,其中PPA3膠粘劑試樣的起始反應溫度和失重50%時對應的溫度最小。

圖2 不同介質分散造粒得到的聚氨酯膠粘劑的DTG曲線

圖3為不同介質分散造粒得到的聚氨酯膠粘劑的DTA曲線。

圖3 不同介質分散造粒得到的聚氨酯膠粘劑的DTA曲線

由圖3可知,從DTA曲線中可見,PPA1、PPA2和PPA3膠粘劑試樣的玻璃化轉變溫度分別為54.4、55.1和53.7 ℃,可見,玻璃化轉變溫度從大至小順序依次為:PPA2、PPA1、PPA3。

2.2 —NCO/—OH摩爾比

從上一節測試結果可知,當采用正丁醇介質對聚氨酯膠粘劑預聚體進行分散造粒后得到的聚氨酯膠粘劑的玻璃化轉變溫度最低,膠粘劑的初期和后期T型剝離強度最大,在此基礎上,進一步研究了聚氨酯中—NCO/—OH摩爾比(R值)對聚氨酯膠粘劑熱物性和性能的影響[16]。

圖4為R值對聚氨酯膠粘劑熔化溫度和施膠溫度的影響。

圖4 R值對聚氨酯膠粘劑熔化溫度和施膠溫度的影響

由圖4可知,隨著R值從1.02增加至1.48,聚氨酯膠粘劑的熔化溫度和施膠溫度都呈現逐漸上升的趨勢,且相同R值時施膠溫度都高出熔化溫度約30 ℃左右。相對而言,R值越大則聚氨酯膠粘劑的熔化溫度和施膠溫度越大,這主要是因為R值越大則聚氨酯膠粘劑中—NCO基團越多[17],在聚氨酯膠粘劑制備過程中,分子鏈中脲基含量越高,形成的氫鍵會使得膠粘劑分子間作用力大幅增大[18],從而提升熔化溫度和施膠溫度。

圖5為對不同存放周期下聚氨酯膠粘劑熔化溫度的影響。

圖5 R值對不同存放周期下聚氨酯膠粘劑熔化溫度的影響

由圖5可知,當R值為1.02和1.18時,聚氨酯膠粘劑的熔化溫度會隨著存放時間延長而先增加而后保持穩定,在存放時間為15 d時,聚氨酯膠粘劑的熔化溫度基本保持穩定,且相同存放時間下,R值為1.01時聚氨酯膠粘劑的熔化溫度最低,其次為R值為1.18時熔化溫度稍高;當R值分別為1.29、1.48時,隨著存放時間的延長,聚氨酯膠粘劑的熔化溫度有呈現逐漸上升的趨勢。由此可見,當R值分別為1.02、1.18時,聚氨酯膠粘劑的熔化溫度不會隨著存放時間發生明顯變化。

表2為不同R值的聚氨酯膠粘劑黏度和剝離強度測試結果。

表2 不同R值的聚氨酯膠粘劑黏度和剝離強度測試結果Tab.2 Viscosity and peel strength of polyurethane adhesives with different R values

隨著R值增加,聚氨酯膠粘劑的粘度逐漸減小,初期T型剝離強度逐漸減小,而后期T型剝離強度先增大后減小。根據對聚氨酯膠粘劑剝離強度的要求可知,初期T型剝離強度要求不小于30 N·cm,后期T型剝離強度要求不小于40 N·cm。由此可見,R值為1.18時滿足舞蹈服裝用聚氨酯膠粘劑的使用要求。這主要因為較低R值時,聚氨酯膠粘劑分子鏈中脲基會形成更多的氫鍵,增強聚氨酯膠粘劑的分子間作用力,從而提升剝離強度[19],但R值不能過低,如果過低會造成分子鏈中脲基含量不足,氫鍵作用力有限,而如果R值過大,聚氨酯膠粘劑中的活性基團容易被封閉或者孤立,不能完全發揮分子間鍵合作用[20],剝離強度反而會降低。

3 結語

(1)3種聚氨酯膠粘劑的施膠溫度都為98 ℃,PPA1、PPA2和PPA3膠粘劑的熔化溫度分別為56、58和55 ℃;從T型剝離強度來看,初期和后期的T型剝離強度變化趨勢相同,都表現為PPA3>PPA2>PPA1膠粘劑

(2)3種聚氨酯膠粘劑試樣的分解速率最快時對應溫度相差不大,但是起始反應溫度和失重50%時對應的溫度有明顯差異,其中PPA3膠粘劑試樣的起始反應溫度和失重50%時對應的溫度最小。

(3)R值越大則聚氨酯膠粘劑的熔化溫度和施膠溫度越大;當R值為1.02和1.18時,聚氨酯膠粘劑的熔化溫度會隨著存放時間延長而先增加而后保持穩定;隨著R值增加,聚氨酯膠粘劑的黏度逐漸減小,初期T型剝離強度逐漸減小,而后期T型剝離強度先增大后減小。