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(chǎng), 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(tuán)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(duì)復(fù)合薄膜的 T 剝離強(qiáng)度的影。
響。

1 實(shí)驗(yàn)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(jì)、氮?dú)夤芎突亓骼淠茏鞣磻?yīng)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(yīng) 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(yīng)數(shù)小時(shí), 然后降溫至 45 度, 用三乙胺中和反應(yīng)物后滴加去離子水進(jìn)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(cè)試設(shè)備

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

1. 5 實(shí)驗(yàn)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(fù)合。放置 24 小時(shí)后用按 GB/T 2791- 1995 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定復(fù)合薄膜的 T 剝離強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 氮丙啶類交聯(lián)劑( Ga) 對(duì)復(fù)合薄膜 T 剝離強(qiáng)度的影響

      據(jù)作者實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yīng)基團(tuán)考慮的( 下同) 。由圖表可以看出隨著 Ga 加入量的變化, 復(fù)膜的 T 剝離強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢(shì), 而且在 Ga 的加入量為 3% 之前復(fù)膜發(fā)生的是內(nèi)聚破壞, 當(dāng)加入 4% 的 Ga 時(shí)復(fù)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(yīng), Ga 交聯(lián)劑與羧基的反應(yīng)機(jī)理如下所示:

      通過上述反應(yīng)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(fù)膜的 T 剝離強(qiáng)度上升的的趨勢(shì), 但當(dāng) Ga 的加入量超過 3. 0% 時(shí), 由于此時(shí)膠的內(nèi)聚強(qiáng)度已大于膠和薄膜的粘接強(qiáng)度, 出現(xiàn)粘接破壞, 使其 T 剝離強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。從圖 1 還可以看出 Ga 的加入對(duì) T 剝離強(qiáng)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(yīng), 在烘道的高溫下可反應(yīng)基團(tuán)已大部分參加反應(yīng), 至使可和復(fù)膜處理表面的粘接大大減弱, 至使剝離強(qiáng)度提高不大; 還可能是因?yàn)?Ga 的加入使膠的內(nèi)聚強(qiáng)度急劇增高, 以至使其迅速大于薄膜的粘接強(qiáng)度, 呈現(xiàn)粘接破壞, 也就是說雖然內(nèi)聚強(qiáng)度提高很多但是表現(xiàn)不出來。

2.2  環(huán)氧交聯(lián)劑對(duì)復(fù)合薄膜 T 剝離強(qiáng)度的影響

      由圖 2、表 2 可以看出隨著環(huán)氧的量的加入復(fù)膜的 T 剝離強(qiáng)度呈先上升后下降的明顯趨勢(shì)。不加及加入量為 2% , 4% , 6% 的環(huán)氧時(shí)為內(nèi)聚破壞,當(dāng)加入量為 8% 時(shí)變?yōu)檎辰悠茐摹－h(huán)氧的加入, 使膠的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度都有一定程度的提高。實(shí)驗(yàn)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(tuán)的環(huán)氧反應(yīng), 如:

      這些反應(yīng)不同程度地提高了分子鏈的長度和分子量, 因?yàn)榄h(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(qiáng)度。同時(shí)增加了其與薄膜的粘附力。

2. 3 多異氰酸酯類交聯(lián)劑對(duì)復(fù)合薄膜 T 剝離強(qiáng)度的影響

      明顯, 當(dāng)多異氰酸酯的加入量為 3% 時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)薄膜的撕裂, 當(dāng)加入量為 4% 全部表現(xiàn)為薄膜的撕裂破壞。這可能是因?yàn)樵谒謸]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(tuán)反應(yīng), 產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 同時(shí)聚氨酯中的氨酯、脲、酯、醚等基團(tuán)與基材表面的極性基團(tuán)形成氫鍵, 這些因素在 T 剝離強(qiáng)度上都表現(xiàn)為很大的提高。以至于膠的內(nèi)聚強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度很快大于被粘薄膜的內(nèi)聚強(qiáng)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(yīng), 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(shí)間的增加復(fù)合薄膜的 T 剝離強(qiáng)度呈先上升后下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)闊崽幚硎咕郯滨シ肿渔湺闻帕芯o密, 使常溫下不能和環(huán)氧基反應(yīng)的基團(tuán)( 如脲基、胺基、羥基等) 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(qiáng)度。

4 結(jié) 論

      (1) 交聯(lián)劑的加入對(duì)各種配方的聚氨酯乳液均能起到提高 T 剝離強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度。

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