WPU),成為近年來聚氨酯樹脂開發研究的方向。單純的WPU乳液所配置的膠粘劑內聚強度較低,不能滿足包裝膜的需要,為改善水性聚氨酯乳液及其涂膜性能,擴大水性聚氨酯的應用領域,需對WPU進行改性。環氧樹脂具有高模量、高強度和耐化學性好等優點,可直接參與水性聚氨酯的合成反應,提高水性聚氨酯膠膜的機械性能、耐水性和耐溶劑性等。本文采用E20環氧樹脂對PU進行改性,得到性能優異的乳液,用該乳液配成的膠粘劑對PP/PE復合包裝膜具有較好的粘結性能。
1實驗
1.1原材料
TDI(80/20),工業品,日本進口;二羥甲基丙酸(DMPA),工業品,Perstop公司產品;1,4-丁二醇(BDO),廣州石化總廠;環氧樹脂E20,廣州東風化工廠;聚醚二元醇N220,數均分子量2000,羥值56mgKOH/g,廣州制漆廠;N-甲基吡咯烷酮(NMP),化學純,中國醫藥(集團)上海化學試劑公司產品;丙酮:分析純,廣州新建精細化工廠生產;三乙胺(TEA):分析純,上海永生試劑廠;乙二胺(EDA):分析純,廣州東風化工廠生產。
1.2步驟
在N:保護下,在裝有攪拌、溫度計、冷凝管的四口瓶中,加入TDl和聚醚二元醇,逐漸升溫到70-80℃,保持在此溫度下反應,取樣測定反應物中NC0基團的含量,當達到規定值后,加入擴鏈劑BD0,保持此溫度反應一段時間,而后降溫至70℃,加入DMPA和環氧樹脂,保溫反應直至NC0達到規定值。降溫至40℃,加入三乙胺中和,反應過程中添加適量的丙酮和NMP以控制預聚體的粘度。在常溫下用水乳化,用乙二胺擴鏈得環氧樹脂改性的水性聚氨酯乳液,用該乳液配成。用該膠粘劑對PP/PE膜復合膜粘結,測其粘結性能。
1.3產品的分析與測試
樹脂粘度測定采用BrookfileRVDL-II+粘度儀,3#轉子轉速l00(r·min-1),25℃測定;乳液貯存穩定性按GB6753.3-86測定;涂膜吸水率測定參考文獻[4];涂膜硬度測定按GBl723-95;涂膜拉伸強度測定按GB/T528-92;斷裂伸長率測定按GB/T2412-98,剝離強度按GB/T2791-1995。
2結果與討論
2.1BD0含量的影響
隨BD0含量的增大,水性PU的力學性能和耐水性增大。因為BD0為雙官能度多元醇,隨BD0含量增大,BD0的-0H與TDI的-NC0基發生反應,使PU預聚物分子量增大,從而體系粘度也在增大。在相同親水離子濃度的條件下,線形低分子量的PU預聚物,易于分散到水中形成聚氨酯溶液;隨著PU預聚物的分子量增大,交聯結構增多,PU預聚物越難分散到水中,形成的乳液粒徑越大,乳液外觀由透明變為不透明。所以,過大的BD0含量難以形成穩定的乳液,見表l,最佳的BD0含量為10%~15%。
2.2環氧樹脂添加量的影響
環氧樹脂為多羥基化合物,在與聚氨酯反應時可以將支化點引入聚氨酯主鏈,使之形成部分網狀結構而使性能更為優異。從表2可看到,加入環氧樹脂后,產品的耐水性有明顯的提高,隨著環氧樹脂含量的增加,拉伸強度增加,硬度也增加了,隨著環氧樹脂添加量的增加,改性后的PU的交聯密度增大,降低了聚氨酯樹脂的親水性,聚氨酯水分散體的穩定性下降,添加的質量分數超過4%時,乳液外觀變差,產品底部有微量沉淀。所以,最佳環氧樹脂添加量為4%左右。
2.3DMPA添加量對產品性能的影響
DMPA作為親水單體引入聚氨酯分子鏈結構,用TEA中和,生成銨鹽,可使聚氨酯分散于水中制成自乳化乳液。DM-PA含量的大小直接影響水性聚氨酯的親水性,必須有一定比例的C00-基團的引入才能使聚氨酯在水中形成穩定的乳液。
由圖l可知隨著DMPA含量的增加,膠膜的吸水率增大,同時由于雙電層的電凝滯效應,乳液粘度增大。DMPA含量的大小對膠膜的力學性能也有較大的影響:PU鏈段結構中氨基甲酸酯鍵構成硬段,多元醇構成軟段,這種軟硬段之間的相互比例直接決定其力學性能;隨著小分子親水擴鏈劑DMPA用量的增加,分子結構中硬段含量提高,分子內庫侖力和氫鍵作用都增加,導致膠膜的拉伸強度增大。當DMPA含量從6%增加至12%時,拉伸強度從6MPa增加至19MPa,而吸水率從8%增加至60%,當DMPA含量超過9%時吸水率增速加快,綜合考慮拉伸強度和吸水率的影響因素,DMPA含量在9%-10%之間乳液性能較佳。
2.4改性前后性能比較
由表3可知,采用環氧樹脂改性PU后,其初粘剝離強度增大,并且隨著時間的延長其剝離強度也進一步增大,當72h后材料破壞。該膠粘劑能對PP/PE復合膜的粘結性能好。
3結語
以BD0和DMPA為擴鏈劑,用環氧樹脂對PU改性,制得性能較佳的水性PU乳液,隨著環氧E20和BD0的增加,膠膜的力學性能增強,耐水性增大;隨著DMPA量的增加,膠膜的力學性能增大,較佳的BD0量為10%-15%,較佳的DMPA用量為9%-10%,環氧樹脂E20的量為4%。用該乳液配成的膠粘劑對PP/PE復合膜粘結性能好,該膠粘劑是一種環保型膠粘劑,可滿足實際應用需要。