水性聚氨酯胶粘剂的研究进展与应用
2015/10/10 11:34:48 点击：
水性聚氨酯胶粘剂的研究进展与应用
孟龙，牛姣姣
( 陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710302)
摘要: 介绍了水性聚氨酯胶粘剂的概念、原料、制备方法、应用现状，并对发展前景进行了展望。关键词: 水性聚氨酯; 胶粘剂
中图分类号: TQ433． 4 + 3 文献标识码: A
文章编号: 1008 － 021X( 2014) 06 － 0069 － 02
水性聚氨酯胶粘剂的介质为水，具有无毒、阻燃、无污染、节省能源、操作方便等特点，在胶粘剂领域深受欢迎。当前，合成胶粘剂的发展趋于环保化、高性能化。随着各国环保法规越来越严格，很多国家都在大力研发水性的胶粘剂。水性聚氨酯胶粘剂具备优异的综合性能，所以水性聚氨酯胶粘剂受到格外的关注。
1 水性聚氨酯胶粘剂
1． 1 水性聚氨酯胶粘剂的概念
聚氨酯胶粘剂相对于其他胶粘剂具有软硬度可调、耐低温、柔韧性好、粘接强度高等特点，它能粘接的材料包括金属、非金属，其用途十分广泛。但是，目前市场上销售的聚氨酯胶粘剂仍以溶剂型为主。
随着当前世界人们的安全意识和环保意识逐渐增强，研究以水作为溶剂的聚氨酯胶粘剂迅速发展。水性聚氨酯胶粘剂指的是把聚氨酯溶在水或者分散在水中形成的胶粘剂。水性聚氨酯胶粘剂与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，它具有无溶剂、无污染、成膜性好、粘接力强、有利于改性等优良特点。
1． 2 水性聚氨酯胶粘剂的主要原料
1． 2． 1 聚多元醇
水性聚氨酯的组成原料主要是聚氧化丙烯二醇。我国制得的聚酯多元醇预聚体具有内聚力大，粘接强度高等特点，但其耐水解性能较差，工业上要想加强水性聚氨酯胶粘剂的耐水解性能可以采用耐水解性聚酯多元醇，当前水性聚氨酯通常采用聚酯型。
1． 2． 2 二异氰酸酯
当前，二异氰酸酯可以分为芳香族二异氰酸酯和脂肪族二异氰酸酯或脂环族二异氰酸酯三类。通常芳香族二异氰酸酯合成的预聚体有较高的强度，但其耐黄性不佳; 而脂肪族二异氰酸酯与芳香族二异氰酸酯相比耐变黄性能好，而且具有较好的耐溶剂性和耐水性的特点。由于原料种类和价格的原因，应用最多的是芳香族二异氰酸酯( TDI) ［1］。
1． 3 水性聚氨酯胶粘剂的制备
要想得到水性聚氨酯胶粘剂，最先需制备水性聚氨酯乳液。水性聚氨酯的合成主要分为二个阶段: 第一阶段是由低聚物二醇和二异氰酸酯反应，生成高分子质量的聚氨酯或者中高分子质量的聚氨酯预聚体; 第二阶段则是在剪切力的作用下使其在水中分散形成乳液。
1． 3． 1 自乳化法
自乳化法指的是在聚氨酯分子中引入亲水性基团或者带有亲水基团的扩链剂，中和成盐，将其分散于水介质中形成的稳定乳液。
1． 3． 2 外乳化法
外乳化法是指先制得聚氨酯预聚体或溶液，随后再加入乳化剂，在剧烈搅拌下将预聚体或溶液分散于水中，制得PU乳液或分散液的方法。
1． 3． 3 预聚体法
预聚体法是指在不加或少加溶剂的前提下，把多异氰酸酯、聚醚或聚酯多元醇与亲水性单体反应制得预聚物的方法。
1． 3． 4 熔融分散法
熔融分散法是指把聚醚多元醇、聚酯多元醇或者含有叔胺基团、离子基团的二元醇与二异氰酸酯发生反应，合成含有叔胺基团或离子基团的以－ NCO 为端基的预聚物，然后将其再与尿素或者氨气发生反应生成聚氨酯双缩二脲或含离子基团的端脲基低聚物。
1． 3． 5 丙酮法
丙酮法是指先制备端基为－ NCO 的高粘度的预聚物，然后加入丙酮、丁酮与四氢呋喃等低沸点的溶剂，降低其粘度，增强其分散性。之后用亲水单体对其进行扩链，在迅速搅拌下加水，经过强力的剪切作用后使其分散在水中，减压蒸馏后回收溶剂，最后即可制得聚氨酯分散体［2］。
1． 3． 6 封端异氰酸酯法
封端异氰酸酯法首先是把对水比较敏感的异氰酸酯中的－ NCO 基团进行保护，使其失活，然后加入扩链剂与交联剂一起乳化后制成的乳液。在运用时，利用一定温度和特种的催化剂－ F 对其进行解蔽，反应后生成－ NCO 端基，扩链来制得水性聚氨酯的方法。
1． 4 水性聚氨酯胶粘剂的应用现状
由于经济的迅速发展，人们对环保要求也是越来越高，我国大多数单位都踊跃投入到研制水性聚氨酯材料中，当前国内水性PU 胶粘剂的研发和生产单位据不完全统计已有上百家。由于水性PU 胶粘剂的耐水性好、耐低温性能强、柔韧性高、有较好的粘接作用和胶膜物性的可调节范围广等特点，已经在植绒领域、层压产品的粘合( 包含织物、薄膜、棉或者化学纤维、纸张、无纺布与食品包装复合塑料薄膜等) 、木工、压敏胶、制鞋等方面广泛的应用［3］。
1． 4． 1 植绒胶粘剂
水性聚氨酯胶粘剂因其极好的柔韧性，性能胜过了丙烯酸乳液胶粘剂，可以用于植绒胶。
1． 4． 2 木材胶粘剂
当前，胶粘剂最多应用的领域是木材加工。纤维板、胶合板、与刨花板制造通常使用的胶粘剂有脲醛、三聚氰胺－甲醛、酚醛树脂等。水性聚氨酯胶粘剂的优点是初粘性好，可在常温下胶接，最终粘接强度高，胶层耐水性好、受压时间少，对木材环境无污染等。
1． 4． 3 压敏胶乳液压敏胶具有制造胶带、不干胶标签等用途，在办公、家具、建筑、车辆等领域普遍运用。当前丙烯酸类乳液在市场上使用较多。但考虑到其耐老化、耐寒、粘接强度好、透明性较佳、无毒等特点，因此聚氨酯成为水性压敏胶中新型优良品种之一［4］。
1． 4． 4 鞋用水性聚氨酯胶粘剂水性聚氨酯胶粘剂最开始在制鞋工艺中运用，而它与传统的溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，缺点是水的挥发速度比较慢，生产过程中的能耗多，胶接部分耐水性差，胶接强度较小。
1． 4． 5 水性聚氨酯胶粘剂在复合软包装领域的应用复合薄膜软包装的功能有屏蔽、可印刷和热封等，其已在包装食品、化妆品、医药、办公消费品等领域广泛应用。复合薄膜主要用于食品包装领域。因为溶剂型胶粘剂中含有有机挥发物，导致食品受到污染，所以用水基胶代替溶剂型胶粘剂是未来发展的趋势。水性聚氨酯胶黏剂与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，具有无污染、成本低的优点，在食品包装等领域，水性聚氨酯胶黏剂逐渐被广泛运用［5］。
1． 5 水性聚氨酯胶粘剂的发展前景由于环保法规要求越来越严格，以及人们环保意识的增强，水性聚氨酯胶粘剂成为了重要的发展方向。根据水性聚氨酯胶粘剂研发现状，水性聚氨酯胶粘剂可能的发展方向如下:
1) 对复合改性水性聚氨酯胶粘剂( 特别是使丙烯酸改性、有机氟改性、有机硅改性等的研制。
2) 通过与有机硅、有机氟的共聚，提高水性聚氨酯耐水性能的研究。
3) 加强并完善水性聚氨酯胶粘剂各方面的研究。
4) 对双组分水性聚氨酯的钻研。
2 结束语
现如今，用水性聚氨酯胶粘剂代替溶剂型聚氨酯胶粘剂已成为大势所趋。随着人们的生命健康意识与安全生产意识都在逐渐增强，世界各国也都制订了严格的环保法规，对聚氨酯胶粘剂的性能提出了更高的要求。相信随着科研工作者对水性聚氨酯胶粘剂更加深入的研究，将会有更加完善的水性聚氨酯胶粘剂产品运用到生产生活的各个领域
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