張賢龍，晁國庫，趙亞娟，錢樂旦，任寶東

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325035）

磺酸型水性聚氨酯壓敏膠的合成及表征

張賢龍，晁國庫，趙亞娟，錢樂旦，任寶東

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325035）

本文以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、磺酸型水性聚酯多元醇、1,4-丁二醇（BDO）為主要原料，制備了磺酸型水性聚氨酯壓敏膠，討論了n（-NCO）/ n（-OH）比值（R值）、小分子擴鏈劑/聚酯多元醇比值（C/A值）、磺酸型水性聚酯多元醇的分子量大小對壓敏膠性能的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)R值為1.20，C/A值為3.0，磺酸型水性聚酯多元醇的分子量為3000時，水性聚氨酯壓敏膠的性能優(yōu)異，初粘力達(dá)到滾動27.3cm(13#鋼球）， 持粘力達(dá)到25.5h。

水性聚氨酯；壓敏膠；初 粘性；持粘性

水性聚氨酯壓敏膠是一種21世紀(jì)發(fā)展起來的、對壓力敏感的水性粘合劑，由于其良好的機械性能、優(yōu)異的耐候性、卓越的低溫性以及高彈性等優(yōu)點，正成為水性壓敏膠的研究熱點[1-5]。目前，水性聚氨酯壓敏膠主要是以脂肪族異氰酸酯、聚酯（聚醚）多元醇、小分子醇擴鏈劑、羧酸型水性擴鏈劑為主要原料，制備成水分散或（溶解）的聚氨酯乳液[6-8]。一般所用的水性擴鏈劑為二羥基丙酸（DMPA），即羧酸基擴鏈。羧酸型水性擴鏈劑需用胺中和才能使聚氨酯樹脂具有水溶性。胺的使用給環(huán)境帶來污染，同時使聚氨酯乳液不易成中性?；撬峄鶖U鏈技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新型擴鏈方法，一般利用乙二胺基乙磺酸鈉（AAS）等磺酸基型擴鏈劑引入親水基團。這種方法制備的水性聚氨酯樹脂的水性基團偏于分子鏈的一端，親水性基團分布不均，不得不添加一定量的有機溶劑以增加其水中溶解性。本文以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、自制的磺酸型水性聚酯多元醇、1,4-丁二醇（BDO）為主要原料，制備了初粘性優(yōu)異、持粘性優(yōu)良、耐低溫、對基材無污染的全水型聚氨酯壓敏膠（無有機溶劑助溶）[9-10]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料和儀器

磺酸型水性聚酯多元醇（工業(yè)級），1,4-丁二醇（工業(yè)級），異佛爾酮二異氰酸酯（工業(yè)級），三乙胺（工業(yè)級）。

雙行星攪拌機，98-2型恒溫電動攪拌器，EQUINX55型紅外光譜儀，CZY- G 型初粘測試儀，Testometric AX萬能材料測試機。

1.2 實驗表征

1.2.1 初粘性

方法參照GB 4582-1984標(biāo)準(zhǔn)，采用CZY-G初粘測試儀進(jìn)行測試。制作20mm×250mm的壓敏膠帶，固定在測試儀的30°斜坡上，將13號鋼球從膠帶的頂端滾下，測定鋼球能粘附于斜坡時距頂端的最大距離，同一樣品重復(fù)測試3次，取平均值作為測試結(jié)果。

1.2.2 持粘性

方法參照《GB/T 4851-1998壓敏膠帶持粘性》，測試沿粘貼在被粘物上的壓敏膠粘帶長度方向垂直懸掛一規(guī)定重量的砝碼時，膠粘帶抵抗位移的能力。用試片移動一定距離的時間或者一定時間內(nèi)移動的距離表示。

1.2.3 紅外光譜

用 FT-IR紅外光譜儀測試磺酸型壓敏膠膠膜，標(biāo)定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 水性聚氨酯壓敏膠乳液初粘性隨C/A值的變化

初粘性是指材料與壓敏膠粘帶粘性面之間以微小壓力發(fā)生短暫接觸時，膠粘帶對材料的粘附作用。參照GB 4582-1984標(biāo)準(zhǔn)，選定13號鋼球在涂有壓敏膠的30°斜坡上滾動的距離表示初粘性，距離越短，初粘性越好。

以水性聚酯多元醇（Mn為2000）、異佛爾酮異氰酸酯（IPDI)、1,4-丁二醇（BDO）為主要原料，設(shè)定水性乳液不同的R值（R值為異氰酸酯基摩爾數(shù)與羥基摩爾數(shù)之比），研究C/A（擴鏈劑含活潑氫摩爾數(shù)與聚酯多元醇含羥基的摩爾數(shù)之比）變化對初粘性的影響，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 隨 C/A變化的水性壓敏膠初粘性的變化曲線

從圖1可以看出，在同一R值下，初粘性隨著C/A增大先劇烈減弱后緩慢減弱。在相同的C/A值下，初粘性隨著R值的增大而減弱，這是由于R值增大，所合成的聚氨酯分子量減小，初粘性減小。

2.2 水性聚氨酯壓敏膠乳液的初粘性隨水性聚酯多元醇分子量的變化

以自制的磺酸型水性聚酯多元醇、異佛爾酮異氰酸酯（IPDI)、1,4-丁二醇（BDO）為主要原料，設(shè)定水性乳液C/A值為1.5，研究不同R值變化時，水性聚酯多元醇分子量的變化對初粘性的影響，實驗結(jié)果見圖2。

從圖2得到，同一分子量下R值越大，初粘性越差。相同R值，初粘性隨著分子量增大先劇烈增大后緩慢增大，這是由于磺酸型水性聚酯多元醇的分子量越大，合成的聚氨酯分子內(nèi)聚力也越大，力學(xué)性能越優(yōu)越。

圖2 水性聚酯多元醇的分子量變化對初粘力的影響曲線

2.3 水性聚氨酯壓敏膠乳液的持粘性隨水性聚酯多元醇分子量的變化

以磺酸型水性聚酯多元醇、異佛爾酮異氰酸酯（IPDI)、1,4-丁二醇（BDO）為主要原料，設(shè)定水性乳液C/A值為1.5，研究不同R值變化時，水性聚酯多元醇分子量的變化對持粘性的影響。參照GB/T 4851-1998壓敏膠帶持粘性測試方法檢測持粘性，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 R值和分子量與持粘性的關(guān)系

從圖3可知，在同一分子量下，持粘性隨著R值增大而增大，且變化明顯。R值相同時，持粘性隨著分子量的增大而增大，但是這種增大的趨勢并不明顯。

2.4 水性聚氨酯壓敏膠乳液紅外光譜表征

圖4顯示，在1050 cm-1處為伯羥基的C-O伸縮振動峰，在3369.45 cm-1處為N-H伸縮振動峰，2955.66 cm-1處為-CH3、-CH2的不對稱伸縮振動峰，1741.65 cm-1處為C=O伸縮振動和苯環(huán)C-H彎曲振動的重疊峰，1530.30 cm-1處為苯環(huán)骨架C=C的伸縮振動峰區(qū)域。628.07 cm-1附近區(qū)域為-SO3的特征峰的重疊峰，2274.69 cm-1處為-NCO的不對稱伸縮振動峰。譜圖中出現(xiàn)了羥基、氨基、酯基和磺酸基的峰，而且羥基的峰很微弱，異氰酸酯基、酯基、氨基和磺酸基的峰都很強，說明體系的異氰酸酯基和羥基發(fā)生了反應(yīng)，生成了氨基甲酸酯，與預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相符合。

圖4 水性聚氨酯壓敏膠的紅外光譜圖

3 結(jié)論

利用磺酸型水性聚酯多元醇，不用外加水性基團，可以合成水性聚氨酯壓敏膠，其磺酸型水性聚酯多元醇的分子量在3000，C/A=1.50，可得到初粘性良好、持粘性能優(yōu)異的水性聚氨酯壓敏膠。

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Synthesis and Characterization of Water-based Polyurethane PSA

ZHANG Xianlong, CHAO guoku, ZHAO Yajuan, REN baodong
(College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China)

In this paper, the water- based polyurethane pressure-sensitive adhesive was synthesized by using the main materials of sulfonated waterborne polyester polyol, IPDI and BDO. The ratio of n (-NCO) to n (-OH), the ratio of small chain extender to polyester polyol and the molecular weight of polyester polyol on the disturbance of polyurethane pressure-sensitive adhesive were further discussed. As the results, when the R value was 1.20, C/A value was 3 and the molecular weight of the polyol polyester was 3000, the waterborne polyurethane pressure-sensitive adhesive showed the good performance, in which its initial viscosity, holding power and peeling strength could reach up to 27.3cm with No.13 steel ball, 25.5h, respectively.

water-based polyurethane; pressure-sensitive adhesive; initial tack; hold tack

TQ 433.4+32

A

1671-9905(2016)11-0005-03

浙江省教育廳科學(xué)研究項目（Y201327503）

張賢龍（1990-），男，碩士在讀，E-mail：zxl32264@163.com

任寶東

2016-09-26