硅烷偶联剂改性水性聚氨酯胶黏剂

硅烷偶联剂改性水性聚氨酯胶黏剂

 张大鹏 何立凡 王海侨 李效玉*

    (北京化工大学碳纤维与功能高分子教育部重点实验室，北京100029)

    摘要:以聚已二酸-1，4-丁二醇酯(PBA2000)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)和一缩二乙二醇(DEG)为原料合成了一种聚氨酯预聚体，通过在预聚体中引入可室温交联的硅烷偶联剂，制备得到了一种单组份自交联的水性聚氨酯胶黏剂。探讨了硅烷偶联剂加入方式，用量对乳液及胶膜性能的影响。结果表明:当硅烷偶联剂用量为预聚体质量分数的1.5%时，胶黏剂对塑料薄膜PET/CPP的粘接强度显著提高，由改性前的1.3N/15mm增大至1.7N/15mm;复合薄膜经过沸水煮后，T剥离强度由1.0N/15mm变为1.5N/15mm。

    关键词:水性聚氨酯;复合薄膜;硅烷偶联剂;自交联

    中图分类号:TQ433.4

    引言

    水性聚氨酯胶黏剂以其对各种薄膜广泛的适应性，胶膜优异的柔韧性，耐化学品性等特点而备受人们关注［1－2］。大多数水性聚氨酯胶膜遇水易溶胀，耐水性及耐热性不佳，限制了其使用场合［3－4］。提高聚氨酯的交联度是改善以上缺点的一个有效途径。

    Lewandowski等［5］向聚氨酯分子链中引入了硅烷衍生物，通过控制硅烷衍生物用量来控制交联结构的密度，适度的交联可以改善胶膜的耐水性和耐热性。也有文献［6－8］报导，将有机硅(一般为端基或侧基带有活性基团的聚硅氧烷)引入到聚氨酯分子链上可以有效地改善胶膜的耐水性和耐热性，但由于有机硅与聚氨酯相容性差，导致了胶膜力学性能的降低。而使用小分子的硅烷偶联剂改性水性聚氨酯［9－10］可以增加相容性，同时改善了聚氨酯胶膜的耐水性、耐热性。此种交联体系在水性涂料以及双组分的水性胶黏剂中已经得到了广泛的应用［11］。

    本文选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对聚氨酯预聚体进行改性制备出单组份的水性聚氨酯乳液，将此体系引入到复合薄膜用胶黏剂领域。通过在聚氨酯树脂中引入硅烷偶联剂，使胶黏剂在常温下即可部分发生交联，以提高胶膜的耐湿热性能以及胶黏剂对薄膜表面的粘接强度。

    1实验部分

    1.1实验原料

    甲苯二异氰酸酯(TDI)，化学纯，拜耳公司;聚已二酸-1，4-丁二醇酯二醇(PBA2000)、一缩二乙二醇(DEG)，化学纯，北京化工厂;二羟甲基丙酸(DM-PA)，工业级，江西南城红都科技开发有限公司;丙酮(AT)、三乙胺(TEA)，分析纯，天津市光复精细化工研究所;硅烷偶联剂(KH-550)，分析纯，北京博利得化工产品有限公司;去离子水，实验室自制;PET膜和蒸煮级CPP膜，电晕处理后使用。

    1.2乳液的制备

    1.2.1水性聚氨酯乳液

    将一定量的TDI、经脱水处理的PBA2000加入到带有温度计、电动搅拌、回流冷凝管的四口瓶中，氮气保护的条件下于70～80℃反应2～3h，制得聚氨酯预聚体，随后加入小分子扩链剂DEG，亲水性扩链剂DMPA，反应2～3h后加入丙酮降低黏度，并将体系降温到40℃以下，加入TEA中和5min，最后将预聚体乳化分散于水中，减压蒸馏出丙酮即可得到水性聚氨酯乳液。

    1.2.2硅烷偶联剂改性水性聚氨酯乳液

    采用工艺(1)制备出预聚体，在中和乳化前向体系滴加KH-550，50～60℃下反应1h，然后降温中和、乳化得到硅烷偶联剂改性水性聚氨酯乳液。