水性聚氨酯是有別于溶劑型聚氨酯的一種高分子材料。70 年代投放市場, 現(xiàn)已成為最重要的水性高分子材料之一。但由于水性聚氨酯結(jié)構(gòu)中親水基團的存在, 使得膠層許多性能尤其是耐水性有很大的下降, 限制其使用 。本文選用了幾種交聯(lián)固化劑, 研究了它們對復合薄膜的 T 剝離強度的影。
響。

1 實驗部分

1.1  聚酯型水性聚氨酯乳液

      用四頸瓶分別連接攪拌器、溫度計、氮氣管和回流冷凝管作反應器, 在80度的水浴恒溫下按一定的比例加入聚酯二醇和 T DI 反應 1 ~ 2h 后, 降溫至54度左右, 加入一定量的二羥甲基丙酸( DM PA) 反應數(shù)小時, 然后降溫至 45 度, 用三乙胺中和反應物后滴加去離子水進行乳化, 制得本文所用的水性聚氨酯乳液。

1.2  交聯(lián)劑

      氮丙啶類交聯(lián)劑, 多異氰酸酯類交聯(lián)劑 , 環(huán)氧類交聯(lián)劑。

1.3  粘貼所用薄膜

      電暈處理過的 PET 和 PE 薄膜。

1.4  測試設(shè)備

      SANS 微機控制電子萬能測試機( 深圳市新三思計量技術(shù)有限公司) 。

1. 5 實驗方法

      首先按 4~ 5g/ m2 的涂膠量在 PET 處理表面均勻的涂布配制好的乳液, 放在特制的烘干設(shè)備上使水份烘干, 然后用 PE 復合。放置 24 小時后用按 GB/T 2791- 1995 標準測定復合薄膜的 T 剝離強度。

2 結(jié)果與討論

2.1 氮丙啶類交聯(lián)劑( Ga) 對復合薄膜 T 剝離強度的影響

      據(jù)作者實驗經(jīng)驗要制得穩(wěn)定的乳液只需控制NCO 少過量, [ - COOH ] 含量不小于 0. 87% , 但本文實驗所采用的乳液配方為- NCO/ - OH = 1. 2B 1. 0, [ COOH ] = 1. 0% , 主要是從為了增加交聯(lián)劑可反應基團考慮的( 下同) 。由圖表可以看出隨著 Ga 加入量的變化, 復膜的 T 剝離強度呈先上升后下降的趨勢, 而且在 Ga 的加入量為 3% 之前復膜發(fā)生的是內(nèi)聚破壞, 當加入 4% 的 Ga 時復膜全部被撕裂。這可能是由于 Ga 作為一種固化劑, 它在室溫下即能與羧酸型聚氨酯乳液的羧基反應, Ga 交聯(lián)劑與羧基的反應機理如下所示:

      通過上述反應可以形成交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 使其內(nèi)聚力提高, 這樣呈現(xiàn)出復膜的 T 剝離強度上升的的趨勢, 但當 Ga 的加入量超過 3. 0% 時, 由于此時膠的內(nèi)聚強度已大于膠和薄膜的粘接強度, 出現(xiàn)粘接破壞, 使其 T 剝離強度呈下降趨勢。從圖 1 還可以看出 Ga 的加入對 T 剝離強度的影響不是很大,這可能由于以下原因: 首先氮丙啶在室溫下既可與羧基反應, 在烘道的高溫下可反應基團已大部分參加反應, 至使可和復膜處理表面的粘接大大減弱, 至使剝離強度提高不大; 還可能是因為 Ga 的加入使膠的內(nèi)聚強度急劇增高, 以至使其迅速大于薄膜的粘接強度, 呈現(xiàn)粘接破壞, 也就是說雖然內(nèi)聚強度提高很多但是表現(xiàn)不出來。

2.2  環(huán)氧交聯(lián)劑對復合薄膜 T 剝離強度的影響

      由圖 2、表 2 可以看出隨著環(huán)氧的量的加入復膜的 T 剝離強度呈先上升后下降的明顯趨勢。不加及加入量為 2% , 4% , 6% 的環(huán)氧時為內(nèi)聚破壞,當加入量為 8% 時變?yōu)檎辰悠茐?。環(huán)氧的加入, 使膠的內(nèi)聚強度和粘接強度都有一定程度的提高。實驗所采用的聚氨酯乳液中含有胺基、異氰酸酯基、脲基等能與三官能團的環(huán)氧反應, 如:

      這些反應不同程度地提高了分子鏈的長度和分子量, 因為環(huán)氧基使膠粘劑形成了一定的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 提高了膠粘劑的內(nèi)聚強度。同時增加了其與薄膜的粘附力。

2. 3 多異氰酸酯類交聯(lián)劑對復合薄膜 T 剝離強度的影響

      明顯, 當多異氰酸酯的加入量為 3% 時已經(jīng)出現(xiàn)薄膜的撕裂, 當加入量為 4% 全部表現(xiàn)為薄膜的撕裂破壞。這可能是因為在水分揮發(fā)及干燥之后, 異氰酸酯基與水或水性聚氨酯中的胺基、羥基等, 以及基材表面的極性基團反應, 產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 同時聚氨酯中的氨酯、脲、酯、醚等基團與基材表面的極性基團形成氫鍵, 這些因素在 T 剝離強度上都表現(xiàn)為很大的提高。以至于膠的內(nèi)聚強度和粘接強度很快大于被粘薄膜的內(nèi)聚強度, 表現(xiàn)為薄膜的撕裂。

3 熱處理

      由于氮丙啶和多異氰酸酯類交聯(lián)劑的活性比較大, 在常溫即可順利反應, 所以本文只選用加入 6% 的環(huán)氧類交聯(lián)劑的乳液作熱處理研究。從圖表可看出隨著熱處理時間的增加復合薄膜的 T 剝離強度呈先上升后下降趨勢。這可能是因為熱處理使聚氨酯分子鏈段排列緊密, 使常溫下不能和環(huán)氧基反應的基團( 如脲基、胺基、羥基等) 發(fā)生化學反應而產(chǎn)生一定程度的支化和交聯(lián), 從而提高內(nèi)聚力和粘接強度。

4 結(jié) 論

      (1) 交聯(lián)劑的加入對各種配方的聚氨酯乳液均能起到提高 T 剝離強度的作用。1% 的氮丙啶加入量、6% 的環(huán)氧加入量和 2% 的多異氰酸酯的加入量能最大程度的提高體系的 T 剝離強度。其中多異氰酸酯類提高了 53% , 效果最好。

      (2) 熱處理能顯著地提高體系的 T 剝離強度。

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