一種籃球用的無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑改性制備研究

中圖分類號： TQ433.4⁺32 文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）10-0009-04

Research on modification and preparation of a solvent-free two-component polyurethaneadhesive forbasketball

WANGRui'，LIMei2 （1.School of Physical Education，Yan'an University，Yanan 716Ooo，Shaanxi China ; 2. Xinjiang Institute of Engineering ，Urumqi 830o23，China ）

Abstract：There are many problems in the use of traditional solvent-basedadhesives，among which the most prominent problems are the waste of resources caused by solvent volatilization and the environmental and safety problems caused by the release of volatile organic compounds.Inorder to solve these problems，people have been actively studying a variety of high solid content，non-toxic and solvent-free adhesives.These new adhesives do not produce volatile organic compounds during use，but also reducethe waste of resources and have greater environmental friendliness.In this study，a poly（propylene carbonate diol）（PPCD）solvent-free two-component polyurethane adhesive wassynthesized，modified and analyzed.The results showedthat the addition of PCD significantlyimproved the bonding properties of PPCD-PU adhesives，and PCD-DETA greatly improved the bonding properties.

Key Words： basketball; solvent-free adhesive ; two-component ; polyurethane adhesive ; modification

聚氨酯膠粘劑作為一種新型膠粘劑，具有多種優點，如耐沖擊、柔韌性好、粘接性能優異、原料來源廣等1。因此，它在許多領域中得到了廣泛應用，如汽車、建筑、電子、包裝等。在無溶劑膠粘劑發展背景下，積極研究各種無溶劑聚氨酯膠粘劑具有重要的意義。雙組分聚氨酯膠粘劑是一種重要的無溶劑聚氨酯膠粘劑類型，具有許多優點，如初粘性好、粘接強度高、能耗低、易調節、耐低溫、韌性強等[3-4。由于這些優點，雙組分聚氨酯膠粘劑是目前研究和應用的熱點。在環保和可持續發展成為全球關注焦點的背景下，無溶劑聚氨酯膠粘劑的發展前景十分廣闊5。通過優化配方和生產工藝，可以進一步提高無溶劑聚氨酯膠粘劑的性能，使其在各種應用中表現出色。籃球制作過程中，對各種無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑的應用較多。但是，部分無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑在性能方面存在一些不足之處，需要進行必要的改性處理，以改善其綜合性能。此次研究合成一種聚碳酸亞丙酯二醇（PPCD）型無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑，并對其進行改性與性能分析。

1試驗部分

1.1主要原料

多元醇（江蘇茂亨化工有限公司）；聚醚三元醇（廣州市中恩化工有限公司）；多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI（南通恒創化工有限公司）；聚碳酸亞丙酯二醇（廣州昊毅新材料科技股份有限公司）；3A分子篩活化粉（大連創格科技有限公司）；碳酸丙烯酯（山東寶達新材料有限公司）；乙二胺（EDA（山東旭晨化工科技有限公司）；二乙烯三胺（DETA）（山東飛揚化工有限公司）。

1.2主要儀器與設備

馬弗爐（濟南一諾世紀試驗儀器有限公司）；渦旋真空泵（中機試驗裝備股份有限公司）；電子攪拌機（蘇州三清儀器有限公司）；萬能試驗機（上海拓豐儀器科技有限公司）；邵氏硬度計（上海篤特科學儀器有限公司）；鼓風干燥箱（冠森生物科技上海有限公司）。

1.3 樣品制備

1.3.1 原料預處理

取適量多元醇分別加入三口燒瓶中，加人一定量的水攪拌均勻，并在 120^qC 條件下進行真空脫水^2h ，密封后待用。隨后將少量預處理過的4A分子篩裝入三口燒瓶中，將密封的多元醇加入其中，再次密封待用。將3A分子篩活化粉放置在馬弗爐中，在600^cC 條件下處理1h，使其活化并降溫至 200^qC 后密封待用。接下來，將處理過的4A分子篩與之前密封的多元醇混合物混合均勻，放入預處理過的玻璃管中，將玻璃管密封后放置在特定的反應器中。在此過程中，需要注意確保反應器的密封性良好，以免影響反應效果。一段時間后，反應器中的物質會發生化學反應，生成所需的產物。此時，需要將反應器中的產物進行分離、提純和干燥等處理，以獲得最終的產品。在整個過程中，需要注意控制反應溫度、真空度、反應時間等參數，以確保反應的順利進行和產物的質量。同時，還需要對分子篩進行預處理和活化處理，以提高其吸附性能和催化效果。

1.3.2 PPCD型無溶雙組分聚氨酯膠粘劑制備

對反應物進行適當的預處理和計量，以確保反應的順利進行，包括預處理脫水后計量的多元醇和PAPI，將其加入三口燒瓶中，并使用電子攪拌機和溫度計進行攪拌和加熱。首先，將預處理脫水后計量的多元醇和PAPI加入到 500mL 三口燒瓶中。燒瓶裝配有電子攪拌機，可以確保混合物充分攪拌均勻。為了確保反應的順利進行，需要使用溫度計來監測反應溫度。將反應溫度提高到 50% ，在此溫度下以 500r/min 的轉速攪拌，使混合物混合均勻。接下來，將反應混合物加熱至 90^qC 。在此溫度下，反應會逐漸進行，直到預聚體的—NCO含量達到理論值。—NCO是聚氨酯材料中的一個重要成分，它的含量會影響最終產品的性能。反應約 4～5h ，直至預聚體的—NCO含量達到理論值，即得到A組分。將預處理的聚醚三元醇、3A分子篩活化粉和催化劑加入三口燒瓶中，攪拌混合 ^1h 后真空脫泡，得到B組分。將A、B組分按照一定的 R 值混合均勻，得到無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑。

1.3.3小分子擴鏈劑PCD改性PPCD型無溶劑雙組 分聚氨酯膠粘劑的制備

將PPCD生產過程中的副產物碳酸丙烯酯（PC）預先處理后與小分子胺按照計量的量加入到裝配電子攪拌機、溫度計和氮氣入口的 500mL 四口燒瓶中，在 N₂ 氣氛中，分別在 80^qC 和 110^qC 的條件下反應若干小時，達到最佳產率后停止反應，得到小分子擴鏈PCD-EDA與PCD-DETA。將預處理脫水后計量的PPCD-1000、擴鏈改性劑和PAPI加入到 500mL 三口燒瓶中。將反應溫度升高到 50^qC ，在此溫度下以500r/min 攪拌，使混合物混合均勻。將反應混合物加熱至 90L ，反應約 4～5h ，直到預聚體的NCO含量達到理論值，得到一NCO封端的聚氨酯預聚體。將預處理的聚醚三元醇、3A分子篩活化粉和催化劑（T-12）加入三口燒瓶中，真空狀態下攪拌 1h 將兩種組分按照 R=1.0～1.01 混合均勻，得到無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑。

分別使用擴鏈改性劑PCD-EDA和分PCD-DETA對PPCD型無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑進行改性處理，制備得到不同擴鏈改性劑的PPCD-PU樣品。具體樣品情況如表1所示。

表1 PPCD-PU樣品Tab.1 PPCD-PU samples

1.4 性能測試

1.4.1 硬度測試

對實驗試樣的膠體硬度進行測試，測試儀器為邵氏硬度計。測試過程中一共測試5個點，兩點之間的距離不小于 6mm ，收集測試數據結果，取平均值作為最終的測試結果。

1.4.2 拉伸剪切強度測試

對實驗試樣的拉伸剪切強度實施測試，在兩片不銹鋼片（ （100mm×25mm×2mm） 疊放形成 25mm× 12.5mm 的重疊區域中涂刷樣品膠粘劑，并將銅絲平行于施力方向放入膠層來保持膠層厚度為 0.2mm 待其固化完全后，置于萬能拉伸測試機上，進行拉伸剪切強度測試。

1.4.3 熱重分析

取質量為 5mg 左右的樣品薄膜，利用熱重分析儀進行熱重測試。測試過程中將樣品置于 N₂ 氣氛下，溫度控制在 25～600^°C 范圍內，流量設置為20mL/min ，升溫速率控制為 10‰ 。

2 結果與分析

2.1 不同樣品的硬度與拉伸剪切強度測試結果比較

PCD的加入對PPCD-PU膠粘劑的粘接性能均有明顯提升，其中PCD-DETA對粘接性能提升較大，不同樣品的硬度與拉伸剪切強度測試結果如表2所示。

表2不同樣品的硬度與拉伸剪切強度測試結果比較[ab.2Comparisonofhardnessand tensile shearstrengthtestresultsofdifferentsamples

由表2可知，隨著PCD-EDA加入量的增加，PPCD-PU樣品的硬度、拉伸剪切強度均有明顯增大。PCD-EDA作為一種小分子二醇擴鏈劑，其分子結構對稱且碳鏈短，分子鏈中含有極性氨基甲酸酯鍵，這些特點使其在聚氨酯（PU）材料改性方面具有獨特的優勢[8-9]。在PPCD-PU樣品制備過程中，隨著PCD-EDA加入量的增加，樣品的硬度、拉伸剪切強度均有明顯增大。分析出現這一情況的原因，是由于PCD-EDA的加入改變了PU分子鏈的結構，使得分子間更容易形成氫鍵，從而提高了PU材料的力學性能。PCD-EDA的作用機制主要體現在以下幾個方面：首先，PCD-EDA的分子結構對稱，使其在聚氨酯材料中具有良好的分散性，能夠均勻地分布在PU分子鏈之間，形成穩定的網絡結構1；其次，PCD-EDA分子鏈中的極性氨基甲酸酯鍵能夠與PU分子鏈中的極性基團形成氫鍵，進一步增強了PU材料的力學性能[11-12]

由表2還可知，隨著PCD-DETA加入量的增加，PPCD-PU樣品的硬度、伸剪切強度均有明顯增大。隨著PCD-DETA加入量的增加，PPCD-PU樣品的硬度、伸剪切強度均有明顯增大。這是由于PCD-DETA作為一種小分子三醇擴鏈劑，分子鏈中含有更多的極性氨基甲酸酯鍵，其密度大且進入PU分子鏈中后，可提高分子間氫鍵作用[13-14]。PCD-DETA的加入量在 10% 時，樣品的硬度和拉伸剪切強度達到最大值。PCD-DETA作為一種新型的小分子三醇擴鏈劑，相較于PCD-EDA，其分子鏈中含有的氨基甲酸酯鍵更多，這些極性鍵使得PCD-DETA的粘度更高，同時能更有效地增加PU分子的鏈柔性，從而使PPCD-PU樣品的硬度、拉伸剪切強度等性能得到顯著提升[15]。同時，隨著PCD-DETA含量的增加，PU分子鏈之間的相互作用增強，進一步促進了分子鏈的聚集和結晶，使得材料的硬度、拉伸剪切強度等性能得到顯著提高[16-17]

2.2不同樣品熱分解溫度測試結果比較不同樣品的熱分解溫度測試結果如表3所示。

表3不同樣品熱分解溫度測試結果比較Tab.3Comparisonof thermal decompositiontemperaturetestresultsofdifferentsamples

由表3可知，隨著不同擴鏈劑添加量的增加，樣品的熱分解溫度呈現出先上升再下降的變化情況。分析相關原因，可能是因為擴鏈劑的添加提高了膠粘劑的交聯密度，從而提高了材料的耐熱性，因此初始分解溫度提高[18-19]。而隨著擴鏈劑加入量的進一步增加，大量的氨基甲酸酯鍵進人PPCD-PU分子鏈中，導致初始分解溫度出現下降[20]。

3結語

此次研究結果顯示：PCD的加入對PPCD-PU膠粘劑的粘接性能均有明顯提升，其中PCD-DETA對粘接性能提升較大，PCD-EDA和PCD-DETA作為一種小分子二醇擴鏈劑，在PPCD-PU制備過程中發揮了重要的作用。通過增加加入量，可以顯著提高PPCD-PU樣品的硬度、拉伸剪切強度等力學性能，從而為PU材料在各領域的廣泛應用提供了有力支持。其中，和PCD-DETA的使用表現出更好的應用效果。然而，值得注意的是，PCD-DETA的加入量并非越多越好。過量加入可能會引起其他性能的下降，如黏度、流動性等。因此，在實際應用中，應根據具體需求和產品特性來選擇合適的PCD-DETA加入量。此外，除了PCD-DETA的加入量之外，還有其他因素也會影響PPCD-PU樣品的性能，如原料配比、加工工藝、環境因素等。因此，在實際生產中，需要綜合考慮各種因素，才能獲得最佳的產品性能。總的來說，PCD-DETA作為一種具有高密度、高極性氨基甲酸酯鍵的小分子三醇擴鏈劑，在PPCD-PU制備過程中發揮了重要作用，使得樣品的硬度、拉伸剪切強度等性能得到顯著提高。然而，如何選擇合適的PCD-DETA加入量以及其他影響因素的平衡，是實際生產中需要重點考慮的問題。

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