水性環(huán)保聚氨酯膠粘劑及其施工技術(shù)

水性環(huán)保聚氨酯膠粘劑及其施工技術(shù)1、水性聚氨酯水性聚氨酯是配制水性聚氨酯膠粘劑的基礎(chǔ)物質(zhì)和關(guān)鍵組分，它的性能直接決定膠粘劑的最終性能。根據(jù)粒子所帶電荷種類，水性聚氨酯可分為陰離子，陽離子，非離子三種類型。水性聚氨酯的制備一般是先合成一定分子量的聚氨酯預(yù)聚體，然后在剪切力作用下將預(yù)聚體分散在水中。目前其制備方法以親水單體擴(kuò)鏈、自乳化法為主（所謂親水單體擴(kuò)鏈法），即在聚氨酯預(yù)聚體的分子結(jié)構(gòu)中引入親水性擴(kuò)鏈劑，所得聚合物無需外加乳化劑就能直接分散于水中形成水性聚氨酯。親水單體擴(kuò)鏈法的合成工藝有溶劑法、預(yù)聚物分散水中擴(kuò)鏈法、熔融分散縮聚法等。早在四、五十年代，水性聚氨酯已有少量的研究，但由于貯存穩(wěn)定性差等原因，這項(xiàng)研究工作進(jìn)展不大，直到1972年德國Bayer公司正式將聚氨酯水分散液作為皮革涂料后，才開始迅速發(fā)展[8].據(jù)報(bào)道，1992年至1997年間水性聚氨酯的年平均增長(zhǎng)率為8％[9].我國從70年開始研究水性聚氨酯，近年來研究工作也十分活躍[10].研制工作具有以下特點(diǎn)：（1）從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，主要是乳液型，水溶性次之，膠乳型則不常見。（2）從原料來看，多元醇主要用聚醚型，聚酯型次之，聚碳酸酯極少見。異氰酸酯的品種更少，只有TDI，HDI、MDI僅見報(bào)道。擴(kuò)鏈劑多用醇類，胺類較少使用。（3）從制備方法及種類來看，一般是自乳化，羧酸型、陰離子體系；外乳化，磺酸型，季銨鹽型乳化體系較少；熔融分散，固體自發(fā)分散法等則未涉及。（4）從理論與應(yīng)用角度來看，著重應(yīng)用開發(fā)，理論研究很少。欲配制高性能水性聚氨酯膠粘劑，必須制備高性能水性聚氨酯。大多數(shù)水性聚氨酯主要是線性熱塑性聚氨酯，由于其涂膜沒有交聯(lián)，分子量較低，因而耐水性，耐溶劑性，膠膜強(qiáng)度等性能還較差。為提高水性聚氨酯的性能，必須對(duì)其進(jìn)行改性。2、水性聚氨酯的改性從水性聚氨酯的制備工藝過程來看，聚氨酯預(yù)聚體的分子結(jié)構(gòu)對(duì)水性聚氨酯的最終性能有著決定性的影響。因此其改性主要應(yīng)從預(yù)聚體上做文章，通過改變預(yù)聚體的分子結(jié)構(gòu)，分子量大小等等因素而達(dá)到改性的目的，以得到高性能水性聚氨酯。2.1合成預(yù)聚體的原料選擇聚氨酯預(yù)聚體的合成原料主要是低聚物多元醇和二異氰酸酯。低聚物多元醇通常分為聚醚多元醇和聚酯多元醇兩類，由聚醚多元醇制得的預(yù)聚體有良好的水解穩(wěn)定性，較好的柔韌性和延伸性，且耐低溫性能好；而聚酯多元醇型預(yù)聚體內(nèi)聚力大，粘接強(qiáng)度高。國外水性聚氨酯的主流產(chǎn)品一般為聚酯型，而國內(nèi)則以聚醚型為主。有文獻(xiàn)報(bào)道[2]，以一定比例的聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物為原料制得的預(yù)聚體性能較為理想。另外，低聚物多元醇的分子量和官能度對(duì)預(yù)聚體的性能也有很大影響，在預(yù)聚體的分子中引入部分分子量適量的三官能度聚醚，能增加預(yù)聚體的分子交聯(lián)度，從而改善水性聚氨酯的耐水性。二異氰酸酯分為芳香族和脂肪族（或脂環(huán)族）兩類。由芳香族二異氰酸酯合成的預(yù)聚體有較高的強(qiáng)度，但不耐黃變，而脂肪族二異氰酸酯由于分子結(jié)構(gòu)中不含不飽和雙鍵，由其制得的預(yù)聚體耐黃變性能優(yōu)良。由于受原料品種的限制，國內(nèi)的水性聚氨酯所用二異氰酸酯原料以TDI為主，而國外則以脂肪族（或脂環(huán)族）為主。我國聚酯多元醇商品牌號(hào)不多，特別是適合水性聚氨酯的牌號(hào)更加稀少，而異氰酸酯更是主要依賴進(jìn)口。但隨著我國加入WTO，相信這一定能為我們從原料入手來提高水性聚氨酯的性能創(chuàng)造良好的條件。除了低聚物多元醇和二異氰酸酯外，合成預(yù)聚體原料中還常常用到小分子擴(kuò)鏈劑，一般有胺類和醇類兩種。胺類擴(kuò)鏈劑與異氰酸酯反應(yīng)活性高，生成物為聚氨酯脲，脲鍵的存在使得膠膜變硬，模量增大。常用胺類有乙二胺，二乙烯二胺，三乙烯四胺等。胺類擴(kuò)鏈劑一般在預(yù)聚體乳化的同時(shí)加入，邊乳化，邊擴(kuò)鏈。有專利報(bào)道[11]，用混合胺類做擴(kuò)鏈劑制得水性聚氨酯脲分散液粘接性能優(yōu)良，玻璃化溫度較高。醇類擴(kuò)鏈劑有1，4-丁二醇，乙二醇，一縮二乙二醇等，國內(nèi)曾有人研究過醇類擴(kuò)鏈劑對(duì)水性聚氨酯性能的影響[12]，發(fā)現(xiàn)用三官能度醇類作擴(kuò)鏈劑能提高膠膜的耐水性。親水性擴(kuò)鏈劑引入到預(yù)聚體分子中是制備水性聚氨酯的關(guān)鍵步驟之一。目前水性聚氨酯以陰離子型，自乳化為主[8]，陰離子型水性聚氨酯義分為磺酸鹽型和羧酸鹽型兩類，現(xiàn)在應(yīng)用較多的是羧酸鹽型。含羧基的親水?dāng)U鏈劑—一般有二羥基半酯（簡(jiǎn)稱半酯）和2，2-雙羥甲基丙酸（DMPA）。DMPA分子量小，較少的用量就能提供足夠多的羧基當(dāng)量。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)，由于DMPA為固體，且熔點(diǎn)較高，在反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象；而半脂與多元醇相容性好，但用量大，且得到的水性聚氨酯膠膜發(fā)粘。以DMPA為親水性擴(kuò)鏈劑在國外非常流行。國內(nèi)DMPA來源曾一度依賴進(jìn)口，近年來，國內(nèi)已有廠家能生產(chǎn)。筆者比較過進(jìn)口DMPA和國產(chǎn)DMPA的擴(kuò)鏈效果，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)DMPA性能也相當(dāng)不錯(cuò)。2.2白乳化工藝白乳化工藝也是制備高性能水性聚氨酯的重要影響因素，筆者結(jié)合實(shí)際工作談幾點(diǎn)看法：窩領(lǐng)（證1忠）乳化溫度宜念低不宜高，不簽應(yīng)超過展4含5禮℃竟。串煙該（糕2扶）成鹽劑選有婆機(jī)堿類較合適濤，其用量應(yīng)嚴(yán)鵝格控制梁。乎葉哨（慧3貨）選擇高效乳返化設(shè)備能收到乳事半功倍的效擇果勁。搖煎碗煤2.翁3恨其它改性途梁徑鍋孤以上提到腹的通過原料及忠工藝的選擇，平能制得部分支反化和交聯(lián)的水妙性聚氨酯，干紗燥固化時(shí)一般幻不發(fā)生化學(xué)反圓應(yīng)，這種方法晉稱為內(nèi)交聯(lián)法洋，多用于單組麗分體系。還有褲所謂外交聯(lián)法巾，即在使用時(shí)對(duì)添加交聯(lián)劑到鋼水性聚氨酯中算，交聯(lián)劑與聚另氨酯分子發(fā)生寧化學(xué)反應(yīng)而交蔥聯(lián)，外交聯(lián)法見相當(dāng)于雙組分產(chǎn)體系。目前，悶國內(nèi)外生產(chǎn)的卸水性聚氨酯幾鼻乎都是單組分罵的段，握9沃0走年代雙組分水瓣性聚氨酯受到苗重助視謠[13她]嫁，其研究重點(diǎn)謎是減少副反應(yīng)凳，增加反應(yīng)的魂選擇性及在潮殃濕低溫下成膜局。雙組分水性凝聚氨酯的研究鋼主要集中療在椅Baye蜜r補(bǔ)公司工，悉OEC沿E嫩公司稅，閣Mile騎s嶄公司等。用丙拿烯酸酯改性水景性聚氨酯，得召到所衛(wèi)謂數(shù)"煮第三代水性聚犧氨仆酯他"蒙，近年來成為拔國內(nèi)外研究的莊熱列點(diǎn)億[14-18窩].義第三代水答性聚氨酯兼具膽有丙烯酸酯和橡聚氨酯的優(yōu)點(diǎn)扣，正日益成為臉?biāo)跃郯滨ジ呐菩缘闹匾緩皆S之一庭。碌岸閥翠3勁、配膠助壤劑證干高性能水尋性聚氨酯膠粘輩劑應(yīng)具有以下坐特點(diǎn)也：堪講耍（聲1特）耐水、耐介學(xué)質(zhì)性好喇?？诹姹姡ù?飼）粘接強(qiáng)度高權(quán)，初粘力大搏。珍犬信（似3制）良好的貯存陰穩(wěn)定性肚。蔽慧廚（扣4君）耐凍融，耐校較高溫度呈。殼卷廟（狠5碰）干燥速度較杜快，低環(huán)境溫務(wù)度下成膜性良仔好心。冷價(jià)征（抹6骨）施工工藝佳煌。糾街要達(dá)到以竿上幾點(diǎn)，除合挪成高性能水性你聚氨酯外，配擱膜助劑的選擇險(xiǎn)也尤為重要恩。血霧水性聚氨庭酯的配膠助劑悼主要有增稠劑阿，流平劑（潤(rùn)養(yǎng)濕劑）等。很證多性能優(yōu)良的牛配膠助劑都產(chǎn)喇自國偉外足[19球]汁，例紋如糞Borche姻r棉s嘴公司夢(mèng)的航Borchi濱gel疑急臨L7歷5納增稠劑芒，釣DI抖C節(jié)公司的增稠短劑最Voncoa鎖tH捉V裕和流平象劑廉Megafa恢cf-81映2軍，美國氣體公否司的表面活性惠劑便Safino姜l軟.淡國內(nèi)在這方面繳還很欠缺，這業(yè)也是發(fā)展我國勸高性能水性聚濤氨酯膠粘劑需羊要突破的瓶頸捧之一臨。叮拘獨(dú)播4織、結(jié)束望語爹浮發(fā)展高性長(zhǎng)能水性聚氨酯連膠粘劑的最終彩目標(biāo)是取代目購前正在大量使與用的高污染的起雙組分溶劑型太聚氨酯膠粘劑煉。隨著我國加?jì)鹑胄臰T優(yōu)O蠶日期