硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯膠黏劑

硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯膠黏劑

 張大鵬 何立凡 王海僑 李效玉*

    (北京化工大學碳纖維與功能高分子教育部重點實驗室，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聚體，通過在預聚體中引入可室溫交聯的硅烷偶聯劑，制備得到了一種單組份自交聯的水性聚氨酯膠黏劑。探討了硅烷偶聯劑加入方式，用量對乳液及膠膜性能的影響。結果表明:當硅烷偶聯劑用量為預聚體質量分數的1.5%時，膠黏劑對塑料薄膜PET/CPP的粘接強度顯著提高，由改性前的1.3N/15mm增大至1.7N/15mm;復合薄膜經過沸水煮后，T剝離強度由1.0N/15mm變為1.5N/15mm。

    關鍵詞:水性聚氨酯;復合薄膜;硅烷偶聯劑;自交聯

    中圖分類號:TQ433.4

    引言

    水性聚氨酯膠黏劑以其對各種薄膜廣泛的適應性，膠膜優異的柔韌性，耐化學品性等特點而備受人們關注［1－2］。大多數水性聚氨酯膠膜遇水易溶脹，耐水性及耐熱性不佳，限制了其使用場合［3－4］。提高聚氨酯的交聯度是改善以上缺點的一個有效途徑。

    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結構的密度，適度的交聯可以改善膠膜的耐水性和耐熱性。也有文獻［6－8］報導，將有機硅(一般為端基或側基帶有活性基團的聚硅氧烷)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，但由于有機硅與聚氨酯相容性差，導致了膠膜力學性能的降低。而使用小分子的硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯［9－10］可以增加相容性，同時改善了聚氨酯膠膜的耐水性、耐熱性。此種交聯體系在水性涂料以及雙組分的水性膠黏劑中已經得到了廣泛的應用［11］。

    本文選用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)對聚氨酯預聚體進行改性制備出單組份的水性聚氨酯乳液，將此體系引入到復合薄膜用膠黏劑領域。通過在聚氨酯樹脂中引入硅烷偶聯劑，使膠黏劑在常溫下即可部分發生交聯，以提高膠膜的耐濕熱性能以及膠黏劑對薄膜表面的粘接強度。

    1實驗部分

    1.1實驗原料

    甲苯二異氰酸酯(TDI)，化學純，拜耳公司;聚已二酸-1，4-丁二醇酯二醇(PBA2000)、一縮二乙二醇(DEG)，化學純，北京化工廠;二羥甲基丙酸(DM-PA)，工業級，江西南城紅都科技開發有限公司;丙酮(AT)、三乙胺(TEA)，分析純，天津市光復精細化工研究所;硅烷偶聯劑(KH-550)，分析純，北京博利得化工產品有限公司;去離子水，實驗室自制;PET膜和蒸煮級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、經脫水處理的PBA2000加入到帶有溫度計、電動攪拌、回流冷凝管的四口瓶中，氮氣保護的條件下于70～80℃反應2～3h，制得聚氨酯預聚體，隨后加入小分子擴鏈劑DEG，親水性擴鏈劑DMPA，反應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硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯乳液

    采用工藝(1)制備出預聚體，在中和乳化前向體系滴加KH-550，50～60℃下反應1h，然后降溫中和、乳化得到硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯乳液。