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硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯膠黏劑
硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯膠黏劑
張大鵬 何立凡 王海僑 李效玉*
(北京化工大學(xué)碳纖維與功能高分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029)
摘要:以聚已二酸-1，4-丁二醇酯(PBA2000)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、二羥甲基丙酸(DMPA)和一縮二乙二醇(DEG)為原料合成了一種聚氨酯預(yù)聚體，通過在預(yù)聚體中引入可室溫交聯(lián)的硅烷偶聯(lián)劑，制備得到了一種單組份自交聯(lián)的水性聚氨酯膠黏劑。探討了硅烷偶聯(lián)劑加入方式，用量對(duì)乳液及膠膜性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑用量為預(yù)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.5%時(shí)，膠黏劑對(duì)塑料薄膜PET/CPP的粘接強(qiáng)度顯著提高，由改性前的1.3N/15mm增大至1.7N/15mm;復(fù)合薄膜經(jīng)過沸水煮后，T剝離強(qiáng)度由1.0N/15mm變?yōu)?.5N/15mm。
關(guān)鍵詞:水性聚氨酯;復(fù)合薄膜;硅烷偶聯(lián)劑;自交聯(lián)
中圖分類號(hào):TQ433.4
引言
水性聚氨酯膠黏劑以其對(duì)各種薄膜廣泛的適應(yīng)性，膠膜優(yōu)異的柔韌性，耐化學(xué)品性等特點(diǎn)而備受人們關(guān)注［1－2］。大多數(shù)水性聚氨酯膠膜遇水易溶脹，耐水性及耐熱性不佳，限制了其使用場(chǎng)合［3－4］。提高聚氨酯的交聯(lián)度是改善以上缺點(diǎn)的一個(gè)有效途徑。
Lewandowski等［5］向聚氨酯分子鏈中引入了硅烷衍生物，通過控制硅烷衍生物用量來控制交聯(lián)結(jié)構(gòu)的密度，適度的交聯(lián)可以改善膠膜的耐水性和耐熱性。也有文獻(xiàn)［6－8］報(bào)導(dǎo)，將有機(jī)硅(一般為端基或側(cè)基帶有活性基團(tuán)的聚硅氧烷)引入到聚氨酯分子鏈上可以有效地改善膠膜的耐水性和耐熱性，但由于有機(jī)硅與聚氨酯相容性差，導(dǎo)致了膠膜力學(xué)性能的降低。而使用小分子的硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯［9－10］可以增加相容性，同時(shí)改善了聚氨酯膠膜的耐水性、耐熱性。此種交聯(lián)體系在水性涂料以及雙組分的水性膠黏劑中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用［11］。
本文選用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)對(duì)聚氨酯預(yù)聚體進(jìn)行改性制備出單組份的水性聚氨酯乳液，將此體系引入到復(fù)合薄膜用膠黏劑領(lǐng)域。通過在聚氨酯樹脂中引入硅烷偶聯(lián)劑，使膠黏劑在常溫下即可部分發(fā)生交聯(lián)，以提高膠膜的耐濕熱性能以及膠黏劑對(duì)薄膜表面的粘接強(qiáng)度。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)原料
甲苯二異氰酸酯(TDI)，化學(xué)純，拜耳公司;聚已二酸-1，4-丁二醇酯二醇(PBA2000)、一縮二乙二醇(DEG)，化學(xué)純，北京化工廠;二羥甲基丙酸(DM-PA)，工業(yè)級(jí)，江西南城紅都科技開發(fā)有限公司;丙酮(AT)、三乙胺(TEA)，分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;硅烷偶聯(lián)劑(KH-550)，分析純，北京博利得化工產(chǎn)品有限公司;去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制;PET膜和蒸煮級(jí)CPP膜，電暈處理后使用。
1.2乳液的制備
1.2.1水性聚氨酯乳液
將一定量的TDI、經(jīng)脫水處理的PBA2000加入到帶有溫度計(jì)、電動(dòng)攪拌、回流冷凝管的四口瓶中，氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下于70～80℃反應(yīng)2～3h，制得聚氨酯預(yù)聚體，隨后加入小分子擴(kuò)鏈劑DEG，親水性擴(kuò)鏈劑DMPA，反應(yīng)2～3h后加入丙酮降低黏度，并將體系降溫到40℃以下，加入TEA中和5min，最后將預(yù)聚體乳化分散于水中，減壓蒸餾出丙酮即可得到水性聚氨酯乳液。
1.2.2硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯乳液
采用工藝(1)制備出預(yù)聚體，在中和乳化前向體系滴加KH-550，50～60℃下反應(yīng)1h，然后降溫中和、乳化得到硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯乳液。
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