水性聚氨酯復膜膠的制備與表征

王艷榮，殷錦捷，李 平

（銀川能源學院石油化工系，寧夏銀川 750105）

水性聚氨酯復膜膠的制備與表征

王艷榮，殷錦捷，李 平

（銀川能源學院石油化工系，寧夏銀川 750105）

利用聚酯二元醇、甲苯二異氰酸酯和二羥甲基丙酸合成水性聚氨酯復膜膠乳液。考察了-NCO含量、擴鏈劑對水性聚氨酯復膜膠力學性能的影響。利用紅外光譜儀和電子萬能試驗機對水性聚氨酯復膜膠的結構和性能進行表征。研究結果表明：隨著-NCO含量的增加水性聚氨酯復膜膠斷裂伸長率降低而拉伸強度增加，剝離強度具有最大值。

水性聚氨酯；親水性擴鏈劑；合成；性能

隨著社會的不斷發展和生活水平的不斷提高，人們對包裝材料的要求也不斷提高，不僅注重外表美觀，同時也很重視其實用性。這些要求可以借助于復膜膠得以實現，使用復膜膠將不同性質的薄膜材料粘接在一起，從而使得復合薄膜具有良好的強度、遮光性、氣密性、熱封性、防水防潮性和抗破損性等諸多優點[1-3]。因此，在包裝行業等領域中復膜膠的應用特別廣泛。

水性聚氨酯（WPU）復膜膠是一種環保型材料，是以水為介質制備的一種新型復膜膠，在生產過程中不使用有害溶劑，從而沒有有害溶劑揮發出來，這就從根本上消除了殘留的溶劑。這種水性復膜膠克服了溶劑型膠黏劑所存在的一系列問題，如：有毒、引起異味、易燃、易造成空氣污染等缺點，而價格和性能和溶劑型的相當，水性復膜膠的綜合成本要低于現有的溶劑型復膜膠，是一種具有發展潛力的復膜膠[4-7]。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑及儀器

實驗藥品：聚酯二元醇（工業級）、甲苯二異氰酸酯TDI（分析純）、丙酮（化學純）、N，N-二乙基乙胺（分析純）、二羥甲基丙酸（DMPA）、二羥甲基丁酸（DMBA，工業級）、二月桂酸二丁基錫（催化劑，分析純）。

實驗儀器：增力電動攪拌器JB50-D型、電子調溫電熱套98-1-B、真空泵2XZ-2、電子天平JA2003、涂-4杯、傅立葉變換紅外光譜儀FTS-135、微機控制電子萬能試驗機CMT7104、邵氏橡膠硬度計LX-A型、動態熱機械分析儀Q-800。

1.2 WPU復膜膠的制備

在一定溫度下對聚酯多元醇進行脫水處理，降溫后加入TDI進行反應，反應一段時間后再加入適量的DMPA，并調節溫度，在此期間當黏度增大時加入一定量的丙酮，加入丙酮以后黏度會明顯地降低但是溫度同時也會隨之降低，因而要開大加熱套的開關使溫度增大，這時要切記攪拌器的轉速不應該太快，否則丙酮將會回流的太快而溫度不會升高。反應一定時間后降溫，在攪拌的情況下加入適量的三乙胺使其成鹽，成鹽后加水在高速攪拌的情況下分散，得到的復膜膠。PU預聚物的制備過程（見圖1），親水擴鏈過程（見圖2），成鹽過程（見圖3）。

1.3 性能表征

圖1 PU預聚物的制備

圖2 親水PU預聚物的擴鏈

圖3 PU預聚物的成鹽

1.3.1 傅立葉紅外光譜分析 對DMPA做親水性擴鏈劑的水性聚氨酯膠膜進行了紅外光譜分析（FTIR），譜圖（見圖4），該聚合物具有的特征基團的歸屬（見表1）。

圖4 WPU膠膜的紅外光譜圖

表1 WPU特征基團的歸屬

從圖 4 可以看出，1730.1 cm-1、2955 cm-1、1730.1 cm-1有明顯的特征吸收峰，對應的是氨基甲酸酯基團中的C=O譜帶、亞甲基中的C-H基準譜帶和酯基中的C=O；1607 cm-1～1387 cm-1為 TDI中苯環的特征峰。由此可見，預聚體中含有-NCO基和氨基甲酸酯鍵，說明兩種反應物（TDI和聚酯二元醇）發生了反應，又因為TDI中兩個-NCO基團反應活性不同，相差將近10倍，再加上在制備過程中TDI過量，因而產物主要是端基是-NCO基的聚氨酯預聚體，而不是線型聚氨酯大分子。在該譜圖上異氰酸酯的-NCO基的特征吸收峰（2273 cm-1）并沒有出現，說明TDI參加了反應，并基本上已經消耗完全。

1.3.2 不同含量的異氰酸根（-NCO）對WPU復膜膠機械性能的影響 對異氰酸根含量不同的一組聚氨酯膠膜進行力學性能測試，其結果（見圖5、圖6）。

由圖5、圖6可以看出，隨著異氰酸根（-NCO）含量的增加，WPU膜的斷裂伸長率減小，拉伸強度隨之增大。

1.3.3 不同擴鏈劑對WPU機械性能的影響 為了比較擴鏈劑對WPU性能的影響，二羥甲基丁酸（DMBA）和二羥甲基丙酸（DMPA）在-NCO含量34%，并加入一滴二月桂酸二丁基錫催化劑的條件下制備了一組水性聚氨酯分散，并對其進行了機械性能測試（見圖7、

圖5 異氰酸根對WPU斷裂伸長率的影響

圖6 異氰酸根對水性聚氨酯拉伸強度的影響

圖7 不同擴鏈劑對WPU斷裂伸長率的影響

圖8 不同擴鏈劑對WPU拉伸強度的影響

圖8）。從圖7、圖8可以看出DMBA的力學性能較DMPA的要好，這是因為DMBA的親水性比DMPA的好，使得聚氨酯預聚體在水中能夠很好地分散，并且使得分子鏈中的親水性的鏈段增加，這就使得水性聚氨酯的力學性能好。

2 實驗結果

采用陰離子自乳化法，以TDI、聚酯二元醇和DMPA為原料成功的制備了WPU復膜膠。

隨著異氰酸根（-NCO）含量的增加，WPU膜的斷裂伸長率減小，拉伸強度隨之增大。

在用DMBA和DMPA做擴鏈劑時，由DMBA制得的水性聚氨酯膠膜的斷裂伸長率較DMPA的增加，拉伸強度減小。

［1]周文華，楊輝榮．水性紙塑復膜膠的研究進展［J］．精細石油化工進展，2003，4（4）：55-58.

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［3]崔渤．塑料復合軟包裝膠黏劑市場研究［J］．塑料與包裝，2010，（4）：20-21.

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［5]葉青萱．軟包裝用聚氨酯膠黏劑發展近況［J］．化學推進劑與高分子材料，2011，9（1）：21-30.

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Preparation and research of polyurethane adhesive

WANG Yanrong，YIN Jinjie,LI Ping
（Department of Petrochemical Technology Yinchuan Institute of Energy,Yinchuan Ningxia 750105，China）

Water-borne polyurethane lamiating adhesive was prepared derived from polyester diols,toluene diisocynate,dihydromethyl propionic acid.The influence of the content of NCO groups and chain extender on the mechanical properties were investigatied.The structure and properties were characterized by fourier transform infrared spectrometer（FT-IR）and universal testing machine.The results show that the elongation at break decrease,and tensile strength increase with the content of NCO group.

water-borne polyurethane；hydrophilia-chain-extender；synthesis；property

TQ612.9

A

1673-5285（2017）09-0105-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.026

2017－08-02

銀川能源學院校級重點項目，項目編號：2015-KY-Z-05。

王艷榮，女（1988-），河北張家口人，助教，碩士，主要從事高分子材料方面的研究工作。