乙二胺扩链剂对水性聚氨酯性能的影响

２００５年１０月第１４卷第１０期

Ｖ０１．１４Ｎｏ．１０，Ｏｃｔ．２００５

中国胶粘剂

ＣＨＩＮＡ

ＡＤＨＥＳＩＶＥＳ

一

ｌ

乙二胺扩链剂对水性聚氨酯性能的影响

孙启龙１．２，

黄少婵２，

李建宗２，

涂伟萍１，

吴伟卿２

（１．华南理工大学化工所，广东省广州市５１０６４０；２．广州宏昌胶粘带厂，广东省广州市５１０８００）

摘要：以聚醚２２０、异旆尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）为主要原料，二羟甲基丙酸（ＤＭＰＡ）为亲水性扩链剂，丁二

醇（ＢＤ）和乙二胺（ＥＡ）为小分子扩链剂，按不同配比合成了系列水性聚氨酯分散体。主要考察了乙二胺扩链剂用量对水性聚氯酯乳液的稳定性、乳液粒径、粘度以及膜吸水性和力学性能的影响。结果表明，随乙二胺扩链剂用量的增加，乳液粒径增大、分散稳定性变差、粘匿减小、胶膜的拉伸强度增加、断裂伸长率减小、耐溶剂性增加、吸水率变化不明显、硬段相Ｔｇ升高，软硬段相分离程度增加。胶膜的ＡＴＲ红外表现为ＰＰＧ类聚醚型聚氨酯典型的红外光谱。

关键词：水性聚氨酯；乙二胺；异佛尔酮二异氰酸酯；聚醚２２０

中图分类号：ＴＱ４３３．４３２：ＴＱ４３６．５文献标识码：Ａ文章编号：１００４－２８４９（２００５）１０－０００１－０５

１．２水性聚氨酯的制备

０引

言

在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的三口烧瓶中，加入计量的ＩＰＤＩ和脱水的聚醚２２０，逐渐升

温到９０℃反应一定时间，再加入ＤＭＰＡ和ＢＤ扩链

水性聚氨酯（ＷＰＵ）以水为分散介质，不燃、

无毒、环境污染小、省资源、符合当前经济发展的

４Ｅ原则，而且由于分子中存在聚氨酯本身的氢键作用外，还有电离基团间的静电相互作用，使水性聚氨酯在粘接性能、机械性能等方面优于溶剂型聚氨酯，已在涂料、胶粘剂和油墨等领域得

直至反应终点，得到聚氨酯预聚体，反应过程根据

需要加入适量丙酮调节粘度。预聚体经降温、中和、

加水高速分散、乙二胺扩链，减压抽出溶剂，得到聚氨酯水分散体。

１．３性能测试

７

到了广泛的应用［１－４］，并在逐步取代溶剂型聚氨酯。但相对于溶剂型聚氨酯来说，水性聚氨酯存在耐水性和耐溶剂性较差、涂膜丰满度欠佳、干

燥速度慢等缺点。所以近年来针对这些问题进行

（１）乳液固含量：按ＧＢ１７２５—１９７９测定。（２）乳液粒径：将样品稀释到一定浓度，用

ＭａｌｖｅｍＡｕｔｏｓｉｚｅｒ于室温下测得。

了大量研究。作者以羧基为亲水性基团，自乳化合成水性聚氨酯分散体，采用乙二胺为扩链剂，以期提高水性聚氨酯的耐水性、耐溶剂性和内聚

强度等。

（３）乳液粘度：使用ＲｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓＲＦＳ—ＩＩ流变仪

２５℃下测定，测试样品的固含量均为３５％。

（４）胶膜耐水性和耐溶剂性：将充分干燥的胶

膜裁成２０ｍｍｘ２０ｍｍ的正方形，称重得ｍ。，在室温下浸入到水或有机溶剂中（二甲苯）２４ｈ后取出，用滤

１实验部分

１．１

原料纸吸干表面的水份或溶剂后再称重得ｍ，按下式计算吸水率或吸溶剂率：

吸水率（吸溶剂率）＝（ｍ－ｍｏ）／ｍｏｘｌ００％。（５）胶膜的失重率：测完吸水率的胶膜放在烘箱中烘至恒重得１１１，，按下式计算失重率：

失重率＝（ｍｏ－ｍ１）／ｍｏｘｌ００％。

（６）胶膜的力学性能：在ＴｒａｎｓｔｒｏｎｉｃＳｃａｌｅ

ＢＡＢ一

聚醚２２０（Ｍｎ＝２０００），工业品，上海高桥石化

三厂；异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ），工业品，Ｒｏｄｉ—ａ；二羟甲基丙酸（ＤＭＰＡ），工业品，瑞典Ｂｅｒｓｔｏｒｐ；丁二醇（ＢＤ），分析纯，上海试剂厂；乙二胺（ＥＡ）、

丙酮、三乙胺（ＴＥＡ），分析纯，广州试剂厂；水为去

离子水。

收稿１３期：２００５一０４—０６。

作者简介：孙启龙（１９７３一），甘肃靖远人，博士，现为华南理工大学应用化学方向博士后，主要从事功能高分予材料、涂料和胶粘荆用水性树脂的合成研究。

万方数据　

２’

中国胶粘剂

第１４卷第１０期

５０Ｍ拉力试验机上室温下测定，拉伸速度为

３００ｍｍ／ｍｉｎ。

（７）胶膜的玻璃化温度：ＮＥＴＺＳＣＨＤＳＣ２０４测定

升温速率１０．Ｏｋ／ｍｉｎ。

（８）胶膜的红外光谱：ＢｒｕｋｅｒＶｅｃｔｏｒ３３于室温下测定，采用ＡＴＲ附件。

２结果与讨论

２．１

ＣＯＯＨ基含量对乳液性能的影响

自乳化ＰＵ是在ＰＵ分子链上引入亲水性基团，

通过亲水性基团的亲水性使ＰＵ分子分散在水中形成稳定的分散体。因此，亲水性基团的含量是自乳化ＰＵ研究的一个重点。实验采用ＤＭＰＡ的ＣＯＯＨ为亲水基团，表１为不同ＣＯＯＨ含量下乳液的基本性能。

表１

ＣＯＯＨ基含量对乳液性能的影响

ＣＯＯＨ／％

乳液外观

存贮稳定性粒径／ｎｍ２４ｈ吸水率／％

注：ＮＣ０／０Ｈ为１．２，胺扩链荆的量不变，调整ＤＭＰＡ／ＢＤ

的比值。

从表１可以看出，随着ＣＯＯＨ基的含量的增加，乳液的外观逐渐变好，当达到１．５％时，变为几乎

透明的液体，乳液的分散稳定性逐渐变好，乳液平均粒径逐渐减少，这些变化都可以归结到ＰＵ预聚物的亲水性增加。一方面，当离子基团含量增加时。ＰＵ预聚物链段亲水性提高，与水的界面张力减小，水的分散能力增强，乳液平均粒径下降；另一方面

离子型乳液中的粒子是通过双电层的形成来稳定的，随着链段中离子含量的增大，双电层厚度增加，乳液稳定性也增加。

表１也列出了乳液成膜后的２４ｈ吸水率，可以

看到随着ＣＯＯＨ基含量的增加，在赋予乳液良好稳定性的同时，胶膜的吸水率明显增大，胶膜耐水性下降，而胶膜的耐水性是许多应用中的重要质量指

标，所以在保持乳液稳定性的同时，亲水性基团的含量应尽可能的小。不同的体系，由于亲水部分和

疏水部分所占的比重不同、分布不同、分子微观结构不同，每个体系都有一个最佳的亲水基团含量。从实验结果可以看出，在这个体系中，ＣＯＯＨ的含量控制在１．４％以下，即可使胶膜的２４ｈ吸水率在１０％

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