水性聚氨酯膠粘劑的研究進(jìn)展與應(yīng)用
2015/10/10 11:34:48??????點(diǎn)擊：
水性聚氨酯膠粘劑的研究進(jìn)展與應(yīng)用
孟龍，牛姣姣
( 陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710302)
摘要: 介紹了水性聚氨酯膠粘劑的概念、原料、制備方法、應(yīng)用現(xiàn)狀，并對發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞: 水性聚氨酯; 膠粘劑
中圖分類號: TQ433． 4 + 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號: 1008 － 021X( 2014) 06 － 0069 － 02
水性聚氨酯膠粘劑的介質(zhì)為水，具有無毒、阻燃、無污染、節(jié)省能源、操作方便等特點(diǎn)，在膠粘劑領(lǐng)域深受歡迎。當(dāng)前，合成膠粘劑的發(fā)展趨于環(huán)?；?、高性能化。隨著各國環(huán)保法規(guī)越來越嚴(yán)格，很多國家都在大力研發(fā)水性的膠粘劑。水性聚氨酯膠粘劑具備優(yōu)異的綜合性能，所以水性聚氨酯膠粘劑受到格外的關(guān)注。
1 水性聚氨酯膠粘劑
1． 1 水性聚氨酯膠粘劑的概念
聚氨酯膠粘劑相對于其他膠粘劑具有軟硬度可調(diào)、耐低溫、柔韌性好、粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)，它能粘接的材料包括金屬、非金屬，其用途十分廣泛。但是，目前市場上銷售的聚氨酯膠粘劑仍以溶劑型為主。
隨著當(dāng)前世界人們的安全意識和環(huán)保意識逐漸增強(qiáng)，研究以水作為溶劑的聚氨酯膠粘劑迅速發(fā)展。水性聚氨酯膠粘劑指的是把聚氨酯溶在水或者分散在水中形成的膠粘劑。水性聚氨酯膠粘劑與溶劑型聚氨酯膠粘劑相比，它具有無溶劑、無污染、成膜性好、粘接力強(qiáng)、有利于改性等優(yōu)良特點(diǎn)。
1． 2 水性聚氨酯膠粘劑的主要原料
1． 2． 1 聚多元醇
水性聚氨酯的組成原料主要是聚氧化丙烯二醇。我國制得的聚酯多元醇預(yù)聚體具有內(nèi)聚力大，粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)，但其耐水解性能較差，工業(yè)上要想加強(qiáng)水性聚氨酯膠粘劑的耐水解性能可以采用耐水解性聚酯多元醇，當(dāng)前水性聚氨酯通常采用聚酯型。
1． 2． 2 二異氰酸酯
當(dāng)前，二異氰酸酯可以分為芳香族二異氰酸酯和脂肪族二異氰酸酯或脂環(huán)族二異氰酸酯三類。通常芳香族二異氰酸酯合成的預(yù)聚體有較高的強(qiáng)度，但其耐黃性不佳; 而脂肪族二異氰酸酯與芳香族二異氰酸酯相比耐變黃性能好，而且具有較好的耐溶劑性和耐水性的特點(diǎn)。由于原料種類和價(jià)格的原因，應(yīng)用最多的是芳香族二異氰酸酯( TDI) ［1］。
1． 3 水性聚氨酯膠粘劑的制備
要想得到水性聚氨酯膠粘劑，最先需制備水性聚氨酯乳液。水性聚氨酯的合成主要分為二個階段: 第一階段是由低聚物二醇和二異氰酸酯反應(yīng)，生成高分子質(zhì)量的聚氨酯或者中高分子質(zhì)量的聚氨酯預(yù)聚體; 第二階段則是在剪切力的作用下使其在水中分散形成乳液。
1． 3． 1 自乳化法
自乳化法指的是在聚氨酯分子中引入親水性基團(tuán)或者帶有親水基團(tuán)的擴(kuò)鏈劑，中和成鹽，將其分散于水介質(zhì)中形成的穩(wěn)定乳液。
1． 3． 2 外乳化法
外乳化法是指先制得聚氨酯預(yù)聚體或溶液，隨后再加入乳化劑，在劇烈攪拌下將預(yù)聚體或溶液分散于水中，制得PU乳液或分散液的方法。
1． 3． 3 預(yù)聚體法
預(yù)聚體法是指在不加或少加溶劑的前提下，把多異氰酸酯、聚醚或聚酯多元醇與親水性單體反應(yīng)制得預(yù)聚物的方法。
1． 3． 4 熔融分散法
熔融分散法是指把聚醚多元醇、聚酯多元醇或者含有叔胺基團(tuán)、離子基團(tuán)的二元醇與二異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，合成含有叔胺基團(tuán)或離子基團(tuán)的以－ NCO 為端基的預(yù)聚物，然后將其再與尿素或者氨氣發(fā)生反應(yīng)生成聚氨酯雙縮二脲或含離子基團(tuán)的端脲基低聚物。
1． 3． 5 丙酮法
丙酮法是指先制備端基為－ NCO 的高粘度的預(yù)聚物，然后加入丙酮、丁酮與四氫呋喃等低沸點(diǎn)的溶劑，降低其粘度，增強(qiáng)其分散性。之后用親水單體對其進(jìn)行擴(kuò)鏈，在迅速攪拌下加水，經(jīng)過強(qiáng)力的剪切作用后使其分散在水中，減壓蒸餾后回收溶劑，最后即可制得聚氨酯分散體［2］。
1． 3． 6 封端異氰酸酯法
封端異氰酸酯法首先是把對水比較敏感的異氰酸酯中的－ NCO 基團(tuán)進(jìn)行保護(hù)，使其失活，然后加入擴(kuò)鏈劑與交聯(lián)劑一起乳化后制成的乳液。在運(yùn)用時(shí)，利用一定溫度和特種的催化劑－ F 對其進(jìn)行解蔽，反應(yīng)后生成－ NCO 端基，擴(kuò)鏈來制得水性聚氨酯的方法。
1． 4 水性聚氨酯膠粘劑的應(yīng)用現(xiàn)狀
由于經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對環(huán)保要求也是越來越高，我國大多數(shù)單位都踴躍投入到研制水性聚氨酯材料中，當(dāng)前國內(nèi)水性PU 膠粘劑的研發(fā)和生產(chǎn)單位據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有上百家。由于水性PU 膠粘劑的耐水性好、耐低溫性能強(qiáng)、柔韌性高、有較好的粘接作用和膠膜物性的可調(diào)節(jié)范圍廣等特點(diǎn)，已經(jīng)在植絨領(lǐng)域、層壓產(chǎn)品的粘合( 包含織物、薄膜、棉或者化學(xué)纖維、紙張、無紡布與食品包裝復(fù)合塑料薄膜等) 、木工、壓敏膠、制鞋等方面廣泛的應(yīng)用［3］。
1． 4． 1 植絨膠粘劑
水性聚氨酯膠粘劑因其極好的柔韌性，性能勝過了丙烯酸乳液膠粘劑，可以用于植絨膠。
1． 4． 2 木材膠粘劑
當(dāng)前，膠粘劑最多應(yīng)用的領(lǐng)域是木材加工。纖維板、膠合板、與刨花板制造通常使用的膠粘劑有脲醛、三聚氰胺－甲醛、酚醛樹脂等。水性聚氨酯膠粘劑的優(yōu)點(diǎn)是初粘性好，可在常溫下膠接，最終粘接強(qiáng)度高，膠層耐水性好、受壓時(shí)間少，對木材環(huán)境無污染等。
1． 4． 3 壓敏膠乳液壓敏膠具有制造膠帶、不干膠標(biāo)簽等用途，在辦公、家具、建筑、車輛等領(lǐng)域普遍運(yùn)用。當(dāng)前丙烯酸類乳液在市場上使用較多。但考慮到其耐老化、耐寒、粘接強(qiáng)度好、透明性較佳、無毒等特點(diǎn)，因此聚氨酯成為水性壓敏膠中新型優(yōu)良品種之一［4］。
1． 4． 4 鞋用水性聚氨酯膠粘劑水性聚氨酯膠粘劑最開始在制鞋工藝中運(yùn)用，而它與傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯膠粘劑相比，缺點(diǎn)是水的揮發(fā)速度比較慢，生產(chǎn)過程中的能耗多，膠接部分耐水性差，膠接強(qiáng)度較小。
1． 4． 5 水性聚氨酯膠粘劑在復(fù)合軟包裝領(lǐng)域的應(yīng)用復(fù)合薄膜軟包裝的功能有屏蔽、可印刷和熱封等，其已在包裝食品、化妝品、醫(yī)藥、辦公消費(fèi)品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。復(fù)合薄膜主要用于食品包裝領(lǐng)域。因?yàn)槿軇┬湍z粘劑中含有有機(jī)揮發(fā)物，導(dǎo)致食品受到污染，所以用水基膠代替溶劑型膠粘劑是未來發(fā)展的趨勢。水性聚氨酯膠黏劑與溶劑型聚氨酯膠粘劑相比，具有無污染、成本低的優(yōu)點(diǎn)，在食品包裝等領(lǐng)域，水性聚氨酯膠黏劑逐漸被廣泛運(yùn)用［5］。
1． 5 水性聚氨酯膠粘劑的發(fā)展前景由于環(huán)保法規(guī)要求越來越嚴(yán)格，以及人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，水性聚氨酯膠粘劑成為了重要的發(fā)展方向。根據(jù)水性聚氨酯膠粘劑研發(fā)現(xiàn)狀，水性聚氨酯膠粘劑可能的發(fā)展方向如下:
1) 對復(fù)合改性水性聚氨酯膠粘劑( 特別是使丙烯酸改性、有機(jī)氟改性、有機(jī)硅改性等的研制。
2) 通過與有機(jī)硅、有機(jī)氟的共聚，提高水性聚氨酯耐水性能的研究。
3) 加強(qiáng)并完善水性聚氨酯膠粘劑各方面的研究。
4) 對雙組分水性聚氨酯的鉆研。
2 結(jié)束語
現(xiàn)如今，用水性聚氨酯膠粘劑代替溶劑型聚氨酯膠粘劑已成為大勢所趨。隨著人們的生命健康意識與安全生產(chǎn)意識都在逐漸增強(qiáng)，世界各國也都制訂了嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，對聚氨酯膠粘劑的性能提出了更高的要求。相信隨著科研工作者對水性聚氨酯膠粘劑更加深入的研究，將會有更加完善的水性聚氨酯膠粘劑產(chǎn)品運(yùn)用到生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域
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