多重改性水性聚氨酯乳液的合成与性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanzhenwei2
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随着我国环保法规的日益健全,开发水性环保型胶粘剂已成为胶粘剂工业发展的趋势。国外发达国家用于汽车内饰的胶粘剂几乎全部实行水性化,而我国的汽车内饰胶多为溶剂型,由于使用大量挥发性有机化合物(VOC)对环境造成严重污染,因此加速我国汽车内饰胶水性化的研究具有重要意义。本文的研究目的就是合成出符合厂家要求的粘接强度高、稳定性和耐水性好又价格低廉的单组分水性聚氨酯汽车内饰胶。 本文以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(N220)、1,4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料,用丙酮法合成了性能稳定的水性聚氨酯(WPU)乳液。在此基础上,用蓖麻油、三羟甲基丙烷(TMP)等对其进行了交联改性以及用环氧树脂和丙烯酸酯进行共聚改性,得到了改性的水性聚氨酯(MWPU),该聚氨酯(PU)有较好的性能。并用该乳液配成性能优异的汽车内饰胶,该水性胶符合汽车内饰胶对耐水和高粘接强度的要求。 在PU方面研究了NCO/OH初(总)摩尔比、聚醚二元醇的分子量、二羟甲基丙酸用量、中和度、乙二胺扩链剂用量等因素对PU乳液性能的影响;在改性聚氨酯乳液方面研究了环氧树脂的型号及用量、丙烯酸单体的种类及用量、蓖麻油的加入方式及用量、三羟甲基丙烷的加入方式及用量,官能团单体的种类及用量和引发剂的种类对改性聚氨酯乳液性能的影响;在胶粘剂方面研究了助剂、环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、蓖麻油和TMP用量对胶膜粘接强度的影响,并比较了对不同汽车内饰材料粘接效果的差异。 确定的最优工艺条件如下:预聚反应温度为75~80℃,小分子醇扩链温度70~75℃,亲水性单体扩链温度65~70℃,乳化中和温度35~40℃,乳液聚合温度为65~70℃。初聚反应时间和醇扩链反应的时间均为1~1.5h,亲水扩链反应时间为3~4h,乳液聚合时间为2~3h。乳化中和时的分散速度约为3000r/min,加水速度为300ml/min。聚醚二元醇采用分子量适中的N220;NCO/OH初摩尔比为8~10;NCO/0H总摩尔比为1.1~1.2;DMPA%为2.1~2.2%:中和度为100%左右;NH<,2>/剩余NCO为0.3~0.5mol/mol;环氧树脂选用E-44,含量6.0~7.0%;乙烯基单体宜选用MMA,用量为20%左右;引发剂选用油溶性偶氮二异丁腈(AIBN);蓖麻油宜在预聚阶段加入,用量约为1~2%;TMP宜在反应后期加入,用量<1.5%;双官能团单体宜选用HPA,用量约为5~7%。最佳助剂配比是润湿剂0.1~0.2%;本产品适合粘接多孔性基材以及极性基材。 通过傅立叶红外光谱、凝胶渗透色谱、粒度分析仪等仪器对合成的改性聚氨酯乳液进行了结构表征。将乳液配胶,并与日本DIC公司的产品进行性能比较,发现本文制备的水性水性聚氨酯胶粘剂性能优异,各方面性能均达到或超过了委托方要求的性能,并且成本远低于国外同类产品,可在实际中生产。
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