水性聚氨酯复膜胶的制备与表征

王艳荣，殷锦捷，李 平

（银川能源学院石油化工系，宁夏银川 750105）

水性聚氨酯复膜胶的制备与表征

王艳荣，殷锦捷，李 平

（银川能源学院石油化工系，宁夏银川 750105）

利用聚酯二元醇、甲苯二异氰酸酯和二羟甲基丙酸合成水性聚氨酯复膜胶乳液。考察了-NCO含量、扩链剂对水性聚氨酯复膜胶力学性能的影响。利用红外光谱仪和电子万能试验机对水性聚氨酯复膜胶的结构和性能进行表征。研究结果表明：随着-NCO含量的增加水性聚氨酯复膜胶断裂伸长率降低而拉伸强度增加，剥离强度具有最大值。

水性聚氨酯；亲水性扩链剂；合成；性能

随着社会的不断发展和生活水平的不断提高，人们对包装材料的要求也不断提高，不仅注重外表美观，同时也很重视其实用性。这些要求可以借助于复膜胶得以实现，使用复膜胶将不同性质的薄膜材料粘接在一起，从而使得复合薄膜具有良好的强度、遮光性、气密性、热封性、防水防潮性和抗破损性等诸多优点[1-3]。因此，在包装行业等领域中复膜胶的应用特别广泛。

水性聚氨酯（WPU）复膜胶是一种环保型材料，是以水为介质制备的一种新型复膜胶，在生产过程中不使用有害溶剂，从而没有有害溶剂挥发出来，这就从根本上消除了残留的溶剂。这种水性复膜胶克服了溶剂型胶黏剂所存在的一系列问题，如：有毒、引起异味、易燃、易造成空气污染等缺点，而价格和性能和溶剂型的相当，水性复膜胶的综合成本要低于现有的溶剂型复膜胶，是一种具有发展潜力的复膜胶[4-7]。

1 实验部分

1.1 实验试剂及仪器

实验药品：聚酯二元醇（工业级）、甲苯二异氰酸酯TDI（分析纯）、丙酮（化学纯）、N，N-二乙基乙胺（分析纯）、二羟甲基丙酸（DMPA）、二羟甲基丁酸（DMBA，工业级）、二月桂酸二丁基锡（催化剂，分析纯）。

实验仪器：增力电动搅拌器JB50-D型、电子调温电热套98-1-B、真空泵2XZ-2、电子天平JA2003、涂-4杯、傅立叶变换红外光谱仪FTS-135、微机控制电子万能试验机CMT7104、邵氏橡胶硬度计LX-A型、动态热机械分析仪Q-800。

1.2 WPU复膜胶的制备

在一定温度下对聚酯多元醇进行脱水处理，降温后加入TDI进行反应，反应一段时间后再加入适量的DMPA，并调节温度，在此期间当黏度增大时加入一定量的丙酮，加入丙酮以后黏度会明显地降低但是温度同时也会随之降低，因而要开大加热套的开关使温度增大，这时要切记搅拌器的转速不应该太快，否则丙酮将会回流的太快而温度不会升高。反应一定时间后降温，在搅拌的情况下加入适量的三乙胺使其成盐，成盐后加水在高速搅拌的情况下分散，得到的复膜胶。PU预聚物的制备过程（见图1），亲水扩链过程（见图2），成盐过程（见图3）。

1.3 性能表征

图1 PU预聚物的制备

图2 亲水PU预聚物的扩链

图3 PU预聚物的成盐

1.3.1 傅立叶红外光谱分析 对DMPA做亲水性扩链剂的水性聚氨酯胶膜进行了红外光谱分析（FTIR），谱图（见图4），该聚合物具有的特征基团的归属（见表1）。

图4 WPU胶膜的红外光谱图

表1 WPU特征基团的归属

从图 4 可以看出，1730.1 cm-1、2955 cm-1、1730.1 cm-1有明显的特征吸收峰，对应的是氨基甲酸酯基团中的C=O谱带、亚甲基中的C-H基准谱带和酯基中的C=O；1607 cm-1～1387 cm-1为 TDI中苯环的特征峰。由此可见，预聚体中含有-NCO基和氨基甲酸酯键，说明两种反应物（TDI和聚酯二元醇）发生了反应，又因为TDI中两个-NCO基团反应活性不同，相差将近10倍，再加上在制备过程中TDI过量，因而产物主要是端基是-NCO基的聚氨酯预聚体，而不是线型聚氨酯大分子。在该谱图上异氰酸酯的-NCO基的特征吸收峰（2273 cm-1）并没有出现，说明TDI参加了反应，并基本上已经消耗完全。

1.3.2 不同含量的异氰酸根（-NCO）对WPU复膜胶机械性能的影响 对异氰酸根含量不同的一组聚氨酯胶膜进行力学性能测试，其结果（见图5、图6）。

由图5、图6可以看出，随着异氰酸根（-NCO）含量的增加，WPU膜的断裂伸长率减小，拉伸强度随之增大。

1.3.3 不同扩链剂对WPU机械性能的影响 为了比较扩链剂对WPU性能的影响，二羟甲基丁酸（DMBA）和二羟甲基丙酸（DMPA）在-NCO含量34%，并加入一滴二月桂酸二丁基锡催化剂的条件下制备了一组水性聚氨酯分散，并对其进行了机械性能测试（见图7、

图5 异氰酸根对WPU断裂伸长率的影响

图6 异氰酸根对水性聚氨酯拉伸强度的影响

图7 不同扩链剂对WPU断裂伸长率的影响

图8 不同扩链剂对WPU拉伸强度的影响

图8）。从图7、图8可以看出DMBA的力学性能较DMPA的要好，这是因为DMBA的亲水性比DMPA的好，使得聚氨酯预聚体在水中能够很好地分散，并且使得分子链中的亲水性的链段增加，这就使得水性聚氨酯的力学性能好。

2 实验结果

采用阴离子自乳化法，以TDI、聚酯二元醇和DMPA为原料成功的制备了WPU复膜胶。

随着异氰酸根（-NCO）含量的增加，WPU膜的断裂伸长率减小，拉伸强度随之增大。

在用DMBA和DMPA做扩链剂时，由DMBA制得的水性聚氨酯胶膜的断裂伸长率较DMPA的增加，拉伸强度减小。

［1]周文华，杨辉荣．水性纸塑复膜胶的研究进展［J］．精细石油化工进展，2003，4（4）：55-58.

［2]胡滨，刘国军，刘素花，张桂霞．水性丙烯酸酯类纸塑复膜胶的研究进展［J］．粘接，2012，35（8）：16-17.

［3]崔渤．塑料复合软包装胶黏剂市场研究［J］．塑料与包装，2010，（4）：20-21.

［4]Burhan Ates，Suleyman Koytepe，et al.Biodegradable nonaromatic adhesive polyurethanes based on disaccharides for medical applications ［J］.International Journal of Adhesion and Adhesives，2014，（49）：90-96.

［5]叶青萱．软包装用聚氨酯胶黏剂发展近况［J］．化学推进剂与高分子材料，2011，9（1）：21-30.

［6]薛超霞，钟燕妮，皮丕辉，文秀芳，蔡智奇，等．水性可剥离纸塑复膜胶的研制［J］．电镀与涂饰，2014，33（2）：51-54.

［7]Peyman Najafi Moghadam，Mazaher Yarmohamadi，et al.Preparation of polyurethane wood adhesives by polyols formulated with polyester polyols based on castor oil［J］.International Journal of Adhesion and Adhesives，2016，68:273-282.

Preparation and research of polyurethane adhesive

WANG Yanrong，YIN Jinjie,LI Ping
（Department of Petrochemical Technology Yinchuan Institute of Energy,Yinchuan Ningxia 750105，China）

Water-borne polyurethane lamiating adhesive was prepared derived from polyester diols,toluene diisocynate,dihydromethyl propionic acid.The influence of the content of NCO groups and chain extender on the mechanical properties were investigatied.The structure and properties were characterized by fourier transform infrared spectrometer（FT-IR）and universal testing machine.The results show that the elongation at break decrease,and tensile strength increase with the content of NCO group.

water-borne polyurethane；hydrophilia-chain-extender；synthesis；property

TQ612.9

A

1673-5285（2017）09-0105-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.026

2017－08-02

银川能源学院校级重点项目，项目编号：2015-KY-Z-05。

王艳荣，女（1988-），河北张家口人，助教，硕士，主要从事高分子材料方面的研究工作。