聚氨酯胶粘剂品种繁多、应用广泛,已经成为胶粘剂家族中重要的一员。它的种类很多,有多异氰酸酯、双组分型胶粘剂、热熔型胶粘剂、单组分型胶粘剂[1],广泛用于食品包装[2]、制鞋[3]、纸塑复合、纺织[4]、多孔材料等方面。其中双组分胶粘剂是聚氨酯胶粘剂中最重要的一类,如Bayer公司Polystal系列具有可低温固化、粘和强度高、耐水、耐溶剂、耐低温等优点,但双组分胶粘剂具有含溶剂、有公害或使用时需要称量配比及配比影响性能、操作时间受限制成本相对较高等缺点。
单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂克服以上不足,利用空气或使用材料中所含的水进行交联,达到粘合的目的,但存在固化慢、胶层中有气泡、强度低的缺点,仍需改进。本文制备了单组份聚氨酯胶黏剂,与粉碎的橡胶粒子混合后,利用其所含水分及空气中的水分,采用热固化的方式缩短硫化时间,提高了固化后材料的性能。
1实验
1.1主要原材料
聚醚多元醇210(Mn=1000,f=2),220(Mn=2000,f=2),3050(Mn=3000,f=3),330N(Mn=5000,f=3),山东东大化学股份有限公司;聚己二酸乙二醇酯(Mn=2000,f=2),液化MDI,烟台万华集团公司;TDI(80/20),进口,Bayer公司;橡胶粒,青岛绿叶橡胶有限公司,以上均为工业品
1.2主要仪器与设备
常规玻璃仪器,平板硫化机,老化实验箱,XLL-100型拉力测试机。
1.3方法
采用预聚体法合成胶粘剂。将胶粘剂与定量的被粘和物搅拌均匀,加入预热的模具中,130℃下加压固化10~20min,硫化10h后测试性能。
1.4测试标准
硬度按GB/T531-1999;回弹按GB/T1681-1991;拉伸性能按GB/T528-1998;老化性能:100℃加热72h,按国家标准测试性能变化;耐水性能:室温下浸水72h,按国家标准测试性能变化。
2结果与讨论
2.1多元醇种类对性能的影响
分别选用相对分子质量相同的聚醚220和聚酯多元醇,用TDI合成游离NCO含量为4%的预聚体,与一定比例的40目的橡胶粒混合均匀,加入预热好的模具,在平板硫化机上硫化。测得由不同多元醇制备的粘合剂对粘合后材料物理机械性能的影响见表1。
单组分热固化聚氨酯胶粘剂的研制
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可以看出,由聚酯多元醇制得的试样的拉伸性能远远高于聚醚型的,但耐水解性能由于聚酯的可水解性变差,所以,如果是要求粘接强度高的场合,要用聚酯型的;而要求耐水解的场合,则应选择聚醚型的。以下以聚醚为多元醇组分,考察其它因素的影响。
2.2聚醚多元醇结构和相对分子质量对性能的影响
由表1可以看出,聚醚210得到的试样综合性能较差,为此选用不同的多元醇,考察不同聚醚多元醇对性能的影响,结果见表2。
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可以看出,即使同是聚醚多元醇,由于结构和相对分子质量的不同,试样的性能也不同。210和220为二官能度,胶粘剂的交联密度低,所以拉伸性能差;而3050和330N是三官能度,反应形成的交联网络中交联密度大,所以拉伸性能高。但因为330N的交联点间相对分子质量高,所以拉伸强度比3050的要差些。
2.3多元醇并用对性能的影响
为得到综合性能好的粘合剂,采用二元(210)和三元(3050)聚醚醇并用的方法。并用比例对性能的影响见表3。
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可以看出,随着三官能度醇用量的增加,弹性、拉伸强度提高,伸长率和变形下降。综合性能以210/3050质量比为1∶3较好。
2.4多元醇/异氰酸酯比对性能的影响
以聚醚210/3050质量比为1∶3为多元醇组分,考察不同多元醇/异氰酸酯比对性能的影响,结果见表4。
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由表4可以看出,当NCO指数偏高时,因为在粘合剂中形成的硬段含量增加,使粘合剂的拉伸性能提高,而伸长率因为分子的运动性下降而降低。一般选取NCO指数在1.05~1.06较好。
3结论
采用聚酯多元醇得到的粘合剂强度高,但耐水解性能差;采用合适的二元和三元醇比例(1∶3)可以得到综合性能优良的粘合剂;NCO指数以1.05~1.06较好。
参考文献:
[1]王北海.湿气固化的单组分聚氨酯胶粘剂或密封剂[J]粘接,2002,23(6):56-56.
[2]谭美军,王正祥,汤建新.聚氨酯胶粘剂在软包装复合薄膜中的应用研究[J].包装工程,2003,24(5):44-46.
[3]冯炎龙,吕健全,等.鞋用聚氨酯胶粘剂的改性研究[J]绍兴文理学院学报(自然科学版),2002,22(3):63-65.
[4]樊义锋,曹红宝,等.织物反光粘接层用聚氨酯胶粘剂的研制[J].化学推进剂与高分子材料,2001,(5):40-41.