环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的研究

    慧聪涂料网讯：

    刘惠茹,林志雄

    (1.惠州学院化学工程系,广东惠州516007;2.广东恒大新材料科技有限公司,广东惠州516001)

    摘要:采用环氧树脂E-44交联对水性PU胶粘剂进行改性,并经红外光谱测定其结构。文中采用正交试验方法探索环氧树脂含量、异氰酸根与羟基摩尔比、乙醇浓度等因素对改性PU胶粘剂性能的影响,结果表明组合A3B3C1D2E4是最佳条件,并对最佳条件进行分析,乳化过程采用室温条件下用50%乙醇分散同时中和、TDI/PEG2000摩尔比(?NCO:?OH)为2·3∶1、交联剂SaC-100用量为2·5%,固化时间为60h,可以得到最佳的性能。

    关键词:环氧树脂;改性;聚氨酯;水性;胶粘剂

    中图分类号:TQ323·8  文献标识码:A  文章编号:1671-5934(2010)06-0008-05

    水性聚氨酯(PU)是指聚氨酯以水为介质,体系中不含或含很少的有机溶剂。因其具有高粘接强度和剥离强度,耐冲击性、耐超低温性、耐油性和耐磨性好等优点,故应用面越来越广。但目前使用较多的仍是溶剂型聚氨酯胶粘剂,随着人们对环保越来越关注,降低挥发性有机化合物(VOC)的呼声越来越高,水性聚氨酯胶粘剂代替溶剂型聚氨酯胶粘剂成为必然趋势。但是单纯的水性聚氨酯乳液在一些性能上还不尽人意,如耐高温性能不佳、耐水性差、初粘力低、干燥时间长和固化速度慢等缺点。为了改善水性聚氨酯乳液性能,使其应用范围更加广泛,就必须进行适当的改性。

    目前改性方法主要有共混改性、共聚改性、交联改性和助剂改性等。本文用双酚A型环氧树脂E-44进行共聚改性,并采用乙醇溶液乳化分散。通过实验摸索环氧树脂改性水性聚氨酯的改性路线以及工艺条件,同时考察环氧树脂含量、异氰酸根与羟基摩尔比、乙醇浓度等因素对改性PU胶粘剂性能的影响。

    1实验部分

    1·1实验原料

    聚乙二醇2000(PEG2000),化学纯,广东汕头市西龙化工厂;甲苯二异氰酸酯(TDI),工业品,天津市大阳工贸有限公司;2,2-二羟甲基丙酸(DMPA),分析纯,上海科林化学试剂研究所;丙酮(CP),分析纯,天津市百世化工有限公司;乙二胺(EDA),分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;三乙胺(TEA),分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司;正二丁胺,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司;环氧树脂E-44,工业品,广州市东风化工实业有限公司出品;三羟甲基丙烷(TMP),分析纯,国药集团化学试剂有限公司;二丁基二月桂酸锡(DBTL),分析纯,广东汕头西陇化学厂;交联剂SaC-100,工业品,上海尤恩化工有限公司。

    1·2实验步骤

    1·2·1制备水性聚氨酯胶粘剂工艺流程

    聚乙二醇(PEG2000)使用前,在温度为(110-120)℃,真空度0·08MPa的条件下脱水1h。二羟甲基丙酸研碎后在80℃左右下干燥2h备用。

    在装有回流冷凝管、温度计和电动搅拌器三口烧瓶中,加入PEG2000和TDI,N2保护下在68℃恒温1·5h左右;加DMPA、E?44和DBTL在78℃反应2h左右;制得含有羧基的PU溶液;再加TMP进行扩链和交联反应,在78℃恒温0·5~1h;降至35℃,加TEA中和,反应(5~10)min,再降至室温;在搅拌下加水(含乙醇)和EDA进行乳化和扩链,并搅拌反应0·5h,减压蒸馏除去丙酮,得到水性聚氨酯乳液。

    1·2·2性能测试

    (1)粘度的测试:用VT-04F粘度计测定水分散体在(25±1℃)的粘度。

    (2)拉伸剪切强度及剥离强度的测试:

    用微机控制电子万能试验机(CMT-4104)进行力学性能测试:依据GB/T528-92和GB/T2791-1995标准。

    (3)红外光谱(FTIR)分析:

    水性聚氨酯胶粘剂结构用傅里叶红外光谱仪(TENSOR27,KBr压片)分析,测定范围400~4000cm-1。

    (4)乳液稳定性测试:

    按GB/T6753·3-86测定。常温稳定性通过离心机加速沉降试验模拟贮存稳定性。把样品放在离心机,以3000r/min的转速离心沉降15min后,若没有分层,则可以认为有6个月的贮存稳定期。

    (5)固含量的测定:按GB2793-81测定。

    (6)水性的测定:

    取20mm×20mm的水性聚氨酯胶膜样品,膜真空干燥24h,称质量得W0,浸泡于室温去离子水中24h,取出后吸干表面水分称质量得W1,计算吸水性:

    吸水率(%)=(W1-W0)/W0×100

图1

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    2结果与讨论

    2·1红外光谱(FTIR)分析

    采用红外光谱法对所合成的水性聚氨酯进行了表征(见图2、3)。图1是E-44的红外光谱图,-OH在3500?-1处有很强的吸收峰,在1255?-1左右是环氧树脂季碳原子的特征吸收峰以及832?-1环氧基团的特征吸收峰;图2是没有用E-44改性的水性聚氨酯胶粘剂红外谱图,在3500?-1附近大而宽的吸收带以及1535-1558?-1为出现N-H特征吸收峰,而在2280-2270?-1处的-NCO基特征吸收峰消失,表明-NCO与羟基全部反应生成氨基甲酸酯基,在1700?-1左右为羧酸盐的特征峰;图3是用环氧树脂E-44改性的水性聚氨酯红外图谱,与图1相比,在1245·9?-1处环氧树脂季碳原子的特征吸收峰,不受其它基团特征峰干扰的环氧基团的特征吸收峰832?-1消失。红外光谱分析表明环氧基团全部发生开环反应,从而达到了利用环氧树脂改性的目的。

图2

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图3

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