低熔點高粘接強度共聚酯熱熔粘合劑的制備

江 峰，代本祝，陳文健，謝尚嘯，王 俊，劉若望，樊宏斌，張偉祿*

(1.溫州大學 化學與材料工程學院, 浙江 溫州 325035;2.溫州華特熱熔膠股份有限公司, 浙江 瑞安 325200)

0 引 言

熱熔膠因在室溫下呈穩定的固態、不含揮發性溶劑等諸多優點而被應用于各個領域，其中低熔融溫度熱熔膠由于耗能低，成為未來熱熔膠的發展方向[1-2]。低熔點熱熔膠的實現主要采用嵌段、填充、共聚、共混、接枝等化學和物理方法[3-4]。作為熱熔膠使用的低熔點聚酯類合成樹脂，通常是以對苯二甲酸二甲酯、對苯二甲酸、間苯二甲酸、乙二醇和1.4-丁二醇等為原料，再通過添加不同的組分對其進行改性優化而制得。這些改性組分包括聚四氫呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)、聚乙二醇(PEG)等聚醚多元醇[5-7]。通過化學改性制備的低熔點熱塑性聚酯彈性體具有良好的黏結強度、耐沖擊性能、拉伸性能以及低成本優勢，被廣泛應用于汽車內飾、建筑、汽車零部件等領域，而在服裝面料粘接方面的研究相對較少[8-12]。目前，已開發出的熱塑性聚酯彈性體(TPEE),如日本積水公司采用二羥基四聯苯、己二酸二甲酯和乙二醇等單體在200～300 ℃下熔融聚合的多元嵌段共聚物。Gagon采用2-羥基丙酸和己內酯為原料共聚制備可降解TPEE[13]。

文中分別采用聚四氫呋喃(PTMG)、聚丙二醇(PPG)兩種組分作為分子鏈軟段對常規聚酯進行化學改性，并對其性能進行測試，制備了適用于服裝面料粘接的低熔點聚酯熱熔粘合劑。

1 實驗部分

1.1 儀器和原料

熔體流動速率儀(MFI-2322S)，承德市金建檢測儀器有限公司；

邵氏數顯硬度計(HPE III)，德商博銳儀器(上海)有限公司；

精密顯微熔點測定儀(59XC-PC)，上海光學儀器一廠；

熱分析儀(DSC-Q1000)，美國TA公司；

萬能拉伸試驗機(RG 2000-10)，深圳瑞格爾儀器有限公司；

拉力測試儀(AI-7000S1)，高鐵檢測儀器(東莞)有限公司；

熱壓復合機(HP-600LFS)，日本HASHIMA公司；

錐板粘度計(CP-2000 PLUS)，法國LAMY RHEOLOGY公司。

對苯二甲酸二甲酯(DMT)、間苯二甲酸(PIA)、對苯二甲酸(PTA),上海阿拉丁生化科技股份有限公司；

1,4-丁二醇(BDO),天津益仁達化學試劑廠；

聚四氫呋喃(PTMG，數均分子量約2 000)、聚丙二醇(PPG，數均分子量約2 000)，上海東大樹脂有限公司;

催化劑采用鈦酸四丁酯(TBOT)，南京品寧偶聯劑有限公司。

以上原料均為化學試劑，使用前未經提純處理。

1.2 聚酯彈性體樣品的制備

PTMG、PPG改性共聚酯配方見表1。

表1 PTMG、PPG改性共聚酯配方 g

按照表1配方準確稱量DMT、BDO、TBOT，加到1 000 mL燒瓶中。以10 ℃/min速率升溫至200 ℃，持續反應至副產物甲醇的收集量達到理論計算量的80%以上。然后加入PIA、PTMG或PPG，繼續加熱至250 ℃，開啟真空至200 Pa進行減壓縮聚，待攪拌棒上出現“爬桿”現象后關閉真空，冷卻、放料、切片、烘干，得到熱塑性聚酯彈性體樣品。

以A、B、C、D、E分別代表PTMG改性的5種樣品；以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分別代表PPG改性的5種樣品。

1.3 性能測試與表征

取上述制備的樣品干燥24 h，熔融指數、熔融溫度、拉伸強度、邵氏硬度、玻璃化轉變溫度按照國家標準進行測試[14]；剝離強力按照行業標準測試[15]。粘度測試方法：取約1.50 g樣品置于錐板粘度儀的加熱板上，升溫至160 ℃，待樣品完全熔融后進行測試。

2 結果與討論

2.1 共聚酯的熔融指數、熔融范圍、剪切粘度

兩種聚酯共10個樣品的熔融指數、熔融范圍、粘度,見表2。

表2 兩種共聚酯樣品的熔融指數、熔融溫度、剪切粘度等性能

由表2可知，樣品的粘度、熔融溫度隨PPG和PTMG含量增加而降低；熔融指數隨PPG和PTMG含量增加而提高。主要是因為通過化學共聚將聚醚型多元醇PTMG和PPG分別引入共聚酯的分子主鏈中，醚鍵的柔順性使共聚酯具有良好的低溫彈性[16]。熔融指數隨粘度的減小而增大，符合線性結構聚酯粘度和熔融指數成反比的結論[17]。

另外，從表2數據對比可知，聚醚添加量相同時，PPG改性的共聚酯樣品A～E的玻璃化轉變溫度(Tg)均高于PTMG改性的共聚酯樣品Ⅰ～Ⅴ。主要原因是PPG分子含有甲基側鏈，因此，由其制備的共聚酯柔順性小，玻璃化轉變溫度相對高。PPG側鏈甲基的空間阻礙會使其反應程度低,導致產物的分子量小，從而使熔融指數測定值偏大。如果從醚鍵數量考慮，PTMG醚鍵以及醚鍵之間的亞甲基比PPG多，共聚后的聚酯柔順性比PPG好，剪切粘度高。

根據表2中熔融指數和熔融溫度兩項指標，選擇PTMG和PPG質量含量為20%～30%作為中試放大實驗的參考配方，而當PTMG和PPG含量超過30%時，熔融指數指標超過60 g·10 min-1，不適合服裝面料熱熔粘合劑使用[18]。

2.2 共聚酯的力學性能和粘接性能

選取樣品B和樣品Ⅱ進行力學性能、粘接性能測試，結果見表3。

表3 兩種共聚酯的邵氏硬度、拉伸強度、斷裂伸長率等性能參數

從分子結構看，PTMG比PPG規整，共聚后的聚酯柔順性好；PTMG改性后的共聚酯硬段結晶度高，硬度、拉伸強度和粘接強度大[19-20]。樣品B和樣品Ⅱ的粘接強度指標均符合服裝面料用熱熔粘合劑的要求。

3 結 語

向常規聚酯分子鏈中分別引入PTMG和PPG兩種聚醚多元醇，通過化學改性制備兩種低熔點彈性共聚酯，并對其性能進行表征，得到結論：PPG和PTMG添加量為20.0%～27.0%時，所制備的共聚酯材料的熔融指數為30～36 g·10 min-1，熔融溫度為103～120 ℃，力學性能、粘接強度指標表明，均適用于低熔點共聚酯服裝面料熱熔粘合劑。