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水性聚氨酯作复合薄膜用胶的发展与前景
2022/9/1
在研究制造食品复合包装材料用胶领域, 已有人研究用双组分水性聚氨酯作为复合薄膜干法复合胶粘剂, 使制品仍具有较好的复合强度及柔软性。一种复合塑料薄膜粘接用水性胶与一种溶剂型胶的粘接强度的比较示例。
水性聚氨酯适用于复合薄膜制备,其性能甚至比溶剂型的还好。国外对水性聚氨酯作复合薄膜用胶有不断的研究成果出现, 而较简单的制备方法大多是丙酮法。例如1999 年Fricke 等发明的作复合包装薄膜用胶的水性聚氨酯胶粘剂的制备方法:以0 .15molDMPA为阴离子型亲水性扩链剂, 将0 .25molTDI 和0.1molPPG(羟值:56)混合, 加入0 .1g 二月桂酸二丁基锡做催化剂, 在95 ℃下反应5 小时, 然后降温至30 ℃, 加入200g 丙酮和三乙胺成盐, 再用410g 水搅拌混合进行乳化, 最后蒸出丙酮溶剂, 得到适用于软包装复合薄膜用胶。此法相对简便, 重现性佳,得到粒径为10nm ～ 5000nm 的线性水性聚氨酯。产品相对分子质量高、品质优。因是非交联型, 耐溶剂性差;使用大量低沸点丙酮(40 %～ 70 %), 安全性和经济性欠佳。
除了丙酮法, 制备水性聚氨酯胶粘剂的另一主要方法是预聚体法。预聚体混合法勿需大量溶剂,正是环保迫切要求的。目前, 预聚体法已成为工业上生产胶粘剂较成熟的方法。首先在制备端异氰酸酯聚氨酯预聚体同时引入离子基团, 中和后生成离聚物, 然后在搅拌下加入水。此时, 发生两种现象。一是聚氨酯预聚物在水中分散成水性聚氨酯, 二是端异氰酸酯基团与水反应, 使聚氨酯分子扩链。若反应控制不当, 极易产生凝胶。为此, 常用脂肪族异氰酸酯合成预聚体, 它们的反应活性较低, 在水中反应缓和, 且所得产品耐光性能突出, 粘接性能也不差。将280g 聚(酯-醚)二醇(分子量2000)和15 .4gDMPA 与11 .3g 三乙胺, 29 .4gMDI , 11 .1gIPDI 和36 .6gTMXDI , 于70 ℃反应3 小时, 所生成的已中和的异氰酸酯接尾的预聚物在快速搅拌下分散于557g 水中, 然后慢慢加入3 .05g 乙醇胺和4 .8g 乙二胺在30g 水中的溶液。得到一个稳定的半透明的水性聚氨酯分散液, 此水性聚氨酯分散液, 用滚筒涂在表面经处理的聚丙烯、聚乙烯、聚酯和铝箔等薄膜上, 干燥, 热复合, 有良好的粘接性质 。但是目前国内异氰酸酯可选用的品种极少, 限制了聚氨酯胶粘剂的发展。耐光型的脂肪族异氰酸酯如HDI 、IPDI、H12MDI 等在国外聚氨酯胶粘剂产品中应用较广的原料, 国内只有少数品种小批量试产, 而这些量少价高原料进口渠道也不畅。因此国内大多数仅用TDI 为二异氰酸酯原料。
水性聚氨酯适用于复合薄膜制备,其性能甚至比溶剂型的还好。国外对水性聚氨酯作复合薄膜用胶有不断的研究成果出现, 而较简单的制备方法大多是丙酮法。例如1999 年Fricke 等发明的作复合包装薄膜用胶的水性聚氨酯胶粘剂的制备方法:以0 .15molDMPA为阴离子型亲水性扩链剂, 将0 .25molTDI 和0.1molPPG(羟值:56)混合, 加入0 .1g 二月桂酸二丁基锡做催化剂, 在95 ℃下反应5 小时, 然后降温至30 ℃, 加入200g 丙酮和三乙胺成盐, 再用410g 水搅拌混合进行乳化, 最后蒸出丙酮溶剂, 得到适用于软包装复合薄膜用胶。此法相对简便, 重现性佳,得到粒径为10nm ～ 5000nm 的线性水性聚氨酯。产品相对分子质量高、品质优。因是非交联型, 耐溶剂性差;使用大量低沸点丙酮(40 %～ 70 %), 安全性和经济性欠佳。
除了丙酮法, 制备水性聚氨酯胶粘剂的另一主要方法是预聚体法。预聚体混合法勿需大量溶剂,正是环保迫切要求的。目前, 预聚体法已成为工业上生产胶粘剂较成熟的方法。首先在制备端异氰酸酯聚氨酯预聚体同时引入离子基团, 中和后生成离聚物, 然后在搅拌下加入水。此时, 发生两种现象。一是聚氨酯预聚物在水中分散成水性聚氨酯, 二是端异氰酸酯基团与水反应, 使聚氨酯分子扩链。若反应控制不当, 极易产生凝胶。为此, 常用脂肪族异氰酸酯合成预聚体, 它们的反应活性较低, 在水中反应缓和, 且所得产品耐光性能突出, 粘接性能也不差。将280g 聚(酯-醚)二醇(分子量2000)和15 .4gDMPA 与11 .3g 三乙胺, 29 .4gMDI , 11 .1gIPDI 和36 .6gTMXDI , 于70 ℃反应3 小时, 所生成的已中和的异氰酸酯接尾的预聚物在快速搅拌下分散于557g 水中, 然后慢慢加入3 .05g 乙醇胺和4 .8g 乙二胺在30g 水中的溶液。得到一个稳定的半透明的水性聚氨酯分散液, 此水性聚氨酯分散液, 用滚筒涂在表面经处理的聚丙烯、聚乙烯、聚酯和铝箔等薄膜上, 干燥, 热复合, 有良好的粘接性质 。但是目前国内异氰酸酯可选用的品种极少, 限制了聚氨酯胶粘剂的发展。耐光型的脂肪族异氰酸酯如HDI 、IPDI、H12MDI 等在国外聚氨酯胶粘剂产品中应用较广的原料, 国内只有少数品种小批量试产, 而这些量少价高原料进口渠道也不畅。因此国内大多数仅用TDI 为二异氰酸酯原料。
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