干貨丨關于PUR熱熔膠的剝離強度影響因素研究(含實驗方法)
熱熔膠粘劑是一種室溫呈固態(tài),加熱到一定溫度則熔化成液態(tài),涂布、潤濕被粘物后,經壓合、冷卻,能迅速完成膠接的膠粘劑。在大多數(shù)情況下,熱熔膠粘劑不含水或溶劑,是一種100%固含量的膠粘劑。由于其低污染性、高初粘性和速粘性倍受現(xiàn)代自動化工業(yè)的歡迎,在書籍無線裝訂、包裝封口、制鞋、紡織等方面獲得廣泛應用。熱熔膠按其粘料可分為乙烯-醋酸乙烯酯共聚樹脂類熱熔膠粘劑,聚乙烯及乙烯共聚物熱熔膠粘劑,聚丙烯熱熔膠粘劑,聚酯熱熔膠粘劑,聚酰胺熱熔膠粘劑,聚氨酯熱熔膠粘劑,苯乙烯類熱熔膠粘劑等。
PU熱熔膠通常分為兩大類:一類是熱塑性PU彈性體熱熔膠;另一類是反應型PU熱熔膠。熱塑性PU熱熔膠是熱塑性PU彈性體制成的膠膜、膠帶或膠末。PU彈性體是由聚酯多元醇、二異氰酸酯及鏈增長劑加成反應生成的線型嵌段共聚物。通過加熱熔融涂膠而后冷卻固化而起到粘接作用,但是它本身無反應性基團,僅以氫鍵形成分子間作用力,導致粘接強度低,同時還造成耐熱性、耐溶劑性能差。濕固反應型PU熱熔膠粘劑可克服這些缺點,性能可與溶劑型-反應型膠粘劑相媲美,因而濕固反應型PU熱熔膠粘劑自20世紀80年代問世以來,日益被世人關注,成為膠粘劑行業(yè)中的佼佼者。目前,濕固型PU熱熔膠在國內的研究開發(fā)剛剛起步,有待于深入、細致地做好應用基礎性研究工作,以推進濕固型PU熱熔膠國產化的進程。1 實驗部分
1.1 主要原料及設備
二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI),美國Huntsman公司產品;聚醚220(簡稱N220)、聚醚330(N330),上海高化三廠產品;EVA,上海威勝包裝材料有限公司提供;石油樹脂C5、萜烯樹脂,上海方田彈性體有限公司提供;古馬隆樹脂,上海焦化廠產品;松香GA90,荒川化學有限公司產品。涂布機、加熱反應釜均為自制。剝離強度測試儀采用山東濟南蘭光機電技術發(fā)展中心生產的BLD 200S型電子剝離試驗機。涂布基材采用市售帆布。
1.2 實驗方法
1.2.1?。停模深A聚物的合成
按照實驗配方,在三口燒瓶中準確稱量聚醚,攪拌、加熱,控制溫度在110℃并抽真空,以脫除聚醚中的水份。降溫至50℃,通入N2氣保護,加入MDI,反應溫度應低于100℃,反應2h后,抽真空至無氣泡,冷卻、出料。
1.2.2 熱熔膠、熱熔膠膠接接頭的制備
將增粘樹脂、熱塑性彈性體、抗氧化劑等原料加入反應釜中,攪拌、加熱,待增粘樹脂完全熔融后,抽真空,至無氣泡為止,加入按1.2.1制備的MDI預聚物,攪拌均勻。涂布機恒溫,將制好的膠樣均勻涂覆在帆布上,壓合,制成MDI基濕固型PU熱熔膠膠接接頭。置于室溫下,發(fā)生濕固化反應。
參照GB/T2791-1995,在BLD-200S型電子剝離試驗機上進行膠接接頭T-剝離強度的測試。試樣尺寸為2×25cm,拉伸速度為25mm/min。
2 結果與討論
膠粘劑的剝離強度試驗方法是研究膠粘劑膠接性能的重要方法之一,適用于柔性膠接接頭的測試,主要表征的是膠接接頭抵抗裂紋擴展能力。影響膠粘劑剝離強度的因素很多,如被粘物的表面處理、固化條件、被粘物的性質、膠粘劑的性質、剝離速度、剝離角度等。本文主要討論PU熱熔膠粘劑本身的性質對剝離強度的影響。
2.1 濕固化機理
濕固型聚氨酯膠粘劑是以NCO端基預聚物為基料,配以熱塑性樹脂、增粘樹脂、抗氧劑等制備而成。當膠粘劑加熱,熔融成流體,涂布在被涂物表面,將兩個被涂物貼合,冷卻后膠層凝聚起到粘接作用,之后借助于空氣中或者被粘物表面附著的濕氣與預聚物端基-NCO發(fā)生反應、擴鏈,生成聚氨酯-聚脲結構的高分子聚合物,進一步起到粘接作用。
氨基甲酸酯鏈節(jié)(NHCOO)、脲鏈節(jié)(NHCONH)極性很高,構成聚氨酯分子結構的剛性鏈節(jié),使膠粘劑具有較高的強度和耐熱性能。2.2 預聚物結構對膠接接頭剝離強度的影響
本文采用N220、N330的混合物作為多元醇組分制備含-NCO端基的預聚物,旨在線型預聚物分子結構中適當?shù)匾胍恍┙宦?lián)結構,以改善膠接接頭的物理機械性能、耐熱性、耐溶劑性等。N330的加入對預聚物中-NCO含量的影響見表1。
由表1可以看出:隨著聚醚330用量的增加,預聚體中-NCO含量減小。這是因為N330是3官能度的聚醚多元醇,它與MDI反應形成支化或交聯(lián)結構所造成的。使用不同-NCO含量的MDI預聚體配制濕固型PU熱熔膠,其剝離強度值見表2。
由表2可以看出MDI-聚醚預聚體結構對熱熔膠剝離強度的影響較大。在預聚體中引入一定量的N330對熱熔膠的剝離強度有明顯提高,但隨著N330量的進一步增加,熱熔膠的剝離強度有所降低。這是由于3官能度的N330能夠與MDI反應生成支化或交聯(lián)結構的預聚物,提高了預聚物的內聚強度和模量,所以使得以其為基料的熱熔膠的膠接接頭的粘附強度增加。若N330加入過多,使交聯(lián)度增加,引起膠接層的脆性增加,剝離強度下降。
2.3 增粘樹脂對膠接接頭剝離強度的影響使用常見的熱熔膠增粘樹脂,配以熱塑性彈性體EVA,制備濕固型PU熱熔膠,研究增粘樹脂種類對熱熔膠剝離強度的影響。松香系樹脂是使用最早的增粘劑,也是熱熔膠中應用最多的一種增粘劑。從表3可以發(fā)現(xiàn),松香GA90樹脂對本熱熔膠體系的增粘效果優(yōu)于萜烯樹脂、古馬隆樹脂。
若使用萜烯樹脂和古馬隆組成的復合增粘樹脂,則熱熔膠的剝離強度較單獨使用萜烯樹脂、古馬隆樹脂提高3.7倍。這可能是由于兩個增粘樹脂對膠粘劑強度的協(xié)同效應所致。從表3中還可以看出,萜烯樹脂對濕固型PU熱熔膠的增粘效果好于C5石油樹脂。這可能是由于C5石油樹脂是直鏈烴聚合物,而MDI-聚醚預聚體分子鏈中含有芳烴結構,結構相似者相溶,因此預聚物與含苯環(huán)結構的萜烯樹脂的混溶性好,故導致對本熱熔膠體系,萜烯樹脂的增粘效果優(yōu)于C5石油樹脂。3 結論
(1) MDI-聚醚預聚體合成中,隨著N330用量的增加,MDI-聚醚預聚體中游離的-NCO減?。?/span>
(2) 在線型結構的MDI-聚醚預聚體中適當引入支化或交聯(lián)結構,將使得熱熔膠的帆布-帆布膠接接頭的剝離強度明顯提高;
(3) 對于本熱熔膠體系,松香樹脂的增粘效果優(yōu)于萜烯樹脂和古馬隆樹脂;
(4) 當萜烯樹脂和古馬隆樹脂配合使用時,熱熔膠的帆布-帆布膠接接頭的剝離強度比單獨使用其任一種時都提高了近4倍。更多濾芯膠請訪問www.googleadsenseguru.com
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