双组分聚氨酯胶粘剂具有性能可调节、粘接强度高、粘接范围广等优点,已成为聚氨酯胶粘剂的一个重要组成部分。目前,全世界聚氨酯胶粘剂年总产量约为20万t。据统计资料表明,美国1986年双组分聚氨酯胶粘剂在包装工业上的应用占市场8%,1991 年占10%左右,1995 年占11%;我国1993年聚氨酯胶粘剂的产量为1.5万t 左右,绝大部分是双组分聚氨酯胶粘剂,其中复合薄膜用双组分聚氨酯胶粘剂的产量为2000t 左右,这些数据表明复合薄膜用双组分聚氨酯胶粘剂有着广阔的发展前景。
1 实验部分
1.1 原料
名称 型号 生产厂家
液态聚酯 224# 锡山市张泾聚氨酯厂
固态聚酯 223# 锡山市张泾聚氨酯厂
聚醚多元醇 N220\N330 金陵石化化工厂
醋酸乙酯 上海试剂四厂
甲苯二异氰酸酯 (TDI)(80/20) 日本聚氨酯公司
三羟甲基丙烷 (TMP) 宜兴试剂厂
1.2 双组分聚氨酯胶粘剂的制备
(1) 主剂制备
将聚酯或聚醚在110-115℃真空条件下脱水3h,加入三颈烧瓶中搅拌加热至45-50℃后,开始缓慢加入TDI,升温至70-80℃反应2h.,然后加入1,4-丁二醇(BG),扩链反应1h.。最后加入醋酸乙酯搅拌20min,,冷却出料,制得固含量50%的主剂(甲组分)。
(2) 固化剂的制备
先将醋酸乙酯加入至三颈瓶中,边搅拌边加入TDI,加热至45-50℃;然后慢慢加入预先熔化的三羟甲基丙烷(TMP),温度控制在70℃,反应时间约3h。反应结束后,冷却至50℃出料,制得固含量为75%、NCO 质量分数为13%-14%、粘度为(2000+500)mPa.s的浅黄色透明液体状固化剂(乙组分)。
1.3 聚氨酯胶粘剂的改性
本实验采用在聚氨酯胶粘剂中加入不同含量的环氧树脂对其进行改性,获得了性能较好的改性聚氨酯胶粘剂。环氧树脂胶粘剂的特点是具有低挠曲性、高强度、高耐化学药品性和高剪切强度,若与聚氨酯胶粘剂组合,则可性能互补,制造出既有一定柔软性,又有较高粘接强度的较为理想的结构胶粘剂。合成原理为:将含NCO 端基的聚氨酯预聚体与含有羟基的环氧树脂反应,生成含端环氧基的聚氨酯。
2 结果与讨论
2.1工艺条件的影响
在制备主剂过程中,原料中水分含量过高易使反应发生凝胶现象,一般控制水分质量分数在0.1%以下以下。加料时,必须先加入TDI,后加入1,4-丁二醇,才能使反应顺利地进行。反应温度过低,反应速度缓慢;温度过高,副反应增加,影响胶的质量,甚至会发生凝胶现象。反应温度应控制在70-80℃。
2.2固化剂的影响
在合成固化剂时,必须缓慢加入TMP,控制滴加时间在0.5h左右,温度在70℃左右,而且要控制TDI与TMP的物质的量比。物质的量比高则反应产物的分子质量低,且分布均匀,与其他树脂的混容性较好,粘度低,稳定性较好。
2.3 扩链剂的影响
加入扩链剂的胶粘剂的拉伸剪切强度、剥离强度比未加入扩链剂的明显要高得多。
2.4 NCO 含量的影响
2.4.1 . 含量对拉伸剪切强度的影响
对于以224#为主剂的胶粘剂,其拉伸剪切强度随着NCO含量的增加而增加,其最大的拉伸剪切强度为3.2MPa。对于以223#和聚醚为主剂的胶粘剂,其拉伸剪切强度随着NCO含量的增加而增加,达到最大值后减小。由此可以看出,加入扩链剂的胶粘剂的拉伸剪切强度比未加入扩链剂的高。
2.4.2 NCO 含量对剥离强度的影响
对于以224#为主剂的胶粘剂,其剥离强度随着NCO含量的增加而增加。对于以223#和聚醚为主剂的胶粘剂,其剥离强度随着NCO含量的增加而增加,达到最大值后减小。从此可见,加入扩链剂的胶粘剂的剥离强度比未加入扩链剂的要高。NCO含量对剥离强度的影响与对拉伸剪切强度的影响相似。
2.5 环氧树脂用量对拉伸剪切强度的影响
为了调整胶粘剂的强度,可加入环氧树脂进行改性。加入少量环氧树脂后,胶粘剂的拉伸剪切强度有了明显提高,测试结果表明,剥离强度却明显下降了。
3. 结论
本实验以不同的聚酯和聚醚为原料,合成塑-塑、纸" 塑薄膜复合用双组分聚氨酯胶粘剂,找到合成该胶粘剂的最佳工艺条件、工艺配方,并用环氧树脂对其进行了增强改进。