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]。
1.1 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)。
2.1 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
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