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期刊专利论文

反光材料用水性聚氨酯胶粘剂的研究进展

来源:互联网2021年06月07日

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反光材料用水性聚氨酯胶粘剂的研究进展

韩宏远 沈小利 王德海 贾伟灿

1.浙江工业大学材料科学与工程学院,杭州310014

2.杭州星华反光材料股份有限公司,杭州311116

 

来源:化工新型材料  2020年   第48卷 第12期

摘要

     反光材料广泛应用于交通、运输、消防等领域的标识,反光系数强度、耐磨损性、耐水洗性等是反光材料制品的重要性能指标。反光材料主要由光学元件、胶粘剂、基材组成,胶粘剂的性能对反光材料的使用性能影响较大。介绍了水性聚氨酯(wpu)胶粘剂粘接聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料、无机玻璃的研究进展,指出wpu胶粘剂使用中存在的问题,对其发展前景进行了展望。

关键词tm

无机玻璃    性能   反光材料   

水性聚氨酯胶粘剂

聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料

 
引 言

     反光材料是指可将入射光线反射回入射介质的材料,也称为逆反射材料或回归反射材料。当入射光线在一定范围内入射到反光材料表面时,反射光线会集中在一个很小的范围内反射。反光材料主要由光学元件、胶粘剂、基材组成。光学元件一般有2种,即玻璃微珠和微棱镜。反光材料广泛应用于交通、运输、消防等领域的标识。反光系数强度、耐磨损性、耐水洗性等是反光材料制品的重要性能指标。反光材料基材主要是承载光学元件的物质,材质包括皮革、聚氯乙烯(pvc)、棉和涤纶共纺布等。光学元件与基材之间通过胶粘剂粘接,因此,不同基材与光学元件粘接时对胶粘剂的性能要求不同。胶粘剂种类繁多,包括丙烯酸酯类、环氧树脂类、聚氨酯类等。基于转移法制作普亮反光布,所用的转移胶是丙烯酸酯类转移胶。丙烯酸酯类胶粘剂大多是溶剂型,存在热粘冷脆的缺点,不能满足高性能反光材料的要求。环氧树脂类胶粘剂由于含有环氧基团,因此其胶膜的耐水性好,但环氧树脂胶粘剂的刚性强、手感差,用于反光材料一般要与其他胶粘剂混用。随着人们环保和健康意识的增强,开发和应用绿色环保且性能优良的胶粘剂成为目前胶粘剂研究的主流。水性聚氨酯(wpu)胶粘剂以水为分散介质,不仅环境友好,而且wpu胶粘剂中含有很多极性基团,能形成氢键和共价键,粘接性能良好,在高性能反光材料的研发中备受关注。由于反光材料基材都是复合材料,因此wpu胶粘剂粘接反光材料的研究成为热点。目前有关wpu胶粘剂应用于反光材料的研究报道较少,但wpu胶粘剂粘接 鞋、粘接聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)复合材料等的研究较多,这些研究可以为wpu胶粘剂在反光材料中的应用研究提供依据。

1 实验

WPU胶粘剂粘接PET复合材料研究

    反光材料的基材及使用的胶粘剂种类很多,以PET复合材料为基材的反光材料常用WPU胶粘剂进行粘接。wpu胶粘剂是由软段和硬段组成的嵌段共聚物,硬段结构往往起到物理交联点的作用,是提升wpu胶粘剂强度、耐磨性等力学性能的思考方向。jeong通过添加环氧树脂,合成了硬段含有环氧基团且耐水解性和粘附性能得到改善的wpu胶粘剂。研究发现,多元醇与环氧树脂质量比为99∶1时,使用wpu胶粘剂粘接的pet膜粘接性能和耐水性能最佳。郭文杰等以三羟甲基丙烷作交联剂,使用环氧树脂对wpu进行改性,得到wpu复合乳液,研究了交联剂用量对wpu胶粘剂粘结性能和力学性能的影响。结果表明,在实验范围内,随着三羟甲基丙烷用量的增加,wpu胶粘剂在pet复合膜上的T型剥离强度越大。LEI等通过改变二醇扩链剂三羟甲基丙烷单油酸酯(TMPM)的含量,合成了一系列含量不同的长支链脂肪链的wpu胶粘剂,研究了TMPM含量对wpu胶粘剂粘结性能的影响。结果表明,TMPM含量的增加会导致wpu胶粘剂表面张力以及wpu胶粘剂与pet复合膜之间的界面张力降低、接触角减少,使得wpu胶粘剂对pet复合膜有良好的润湿性,增强了其粘接强度。也有研究者利用丙烯酸酯和聚氨酯材料的互补优势来提高wpu胶粘剂的性能。

    刘锦等使用水性聚氨酯-丙烯酸酯(wpua)胶黏剂对pet复合膜进行印花着色,并对印花pet复合膜的耐干/湿摩擦牢度以及耐皂洗牢度等进行测试。研究发现,wpua的添加能显著提高印花pet复合膜的干湿摩擦牢度和耐皂洗牢度。马超制备了不同配比的wpua胶粘剂并对其性能进行了研究。研究表明,当丙烯酸酯单体和wpu胶粘剂质量比为75∶25时,制备的wpua胶粘剂涂膜性能最好,其剥离强度和热稳定性比纯丙烯酸水性胶粘剂、纯聚氨酯水性胶粘剂以及混合胶粘剂的性能均有所上升。

    低聚物多元醇是wpu胶粘剂的软段,为连续相,其化学结构以及相对分子质量对wpu胶粘剂的黏度、耐水性、力学性能影响很大。刘雷等使用聚醚和聚酯多元醇制备了不同配比的wpu胶粘剂。研究发现,聚醚与聚酯多元醇摩尔比为25∶75~35∶65时,合成的wpu胶粘剂对pet复合膜粘接性能较佳,并且随着聚酯多元醇的摩尔量的增加,wpu胶膜的拉伸强度增加,断面伸长率降低。梁晓光等研究了低聚物二醇相对分子质量对聚氨酯胶粘剂初始粘接性能的影响。结果表明:随着低聚物二醇相对分子质量的增加,聚氨酯胶粘剂的初始粘接强度提高;当低聚物二醇相对分子质量大于3000时,初始粘接强度上升趋势变小。宋有信等以聚对苯二甲酸-3-甲基-1.5-戊二醇酯二醇(TPA-1000)、聚乙二醇(PEG-2000)为软段、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、一缩二乙二醇(DEG)、2.2-二羟甲基丙酸(DMPA)为硬段,合成了一系列WPU胶粘剂,用于PET复合膜的粘接。研究发现:随着PEG-2000含量的减少,wpu胶膜的力学性能和耐水性能大幅度提高,胶膜的热稳定性能有所提高,粘接强度先增加后减小;TPA-1000与PEG-2000质量比为=1∶1时,PET复合膜的T型剥离强度达到最大值4.55N/25mm。

    助剂对于分子间界面的影响很大,对于wpu胶粘剂的性能也有影响。硅烷偶联剂中含有极性和非极性键,能与极性基材和非极性基材发生化学键连接,是提升wpu胶粘剂粘接性、热稳定性等的途径。张大鹏等使用硅烷偶联剂对wpu胶粘剂进行改性,改性wpu胶粘剂对pet复合膜的粘结性能显著提高。随着硅烷偶联剂用量的增加,pet复合膜的粘接强度增强,耐100℃水煮性也随之增大。章学文等选用不同结构的固化剂合成出高性能wpu胶粘剂,对比了固化剂对PET复合膜的手感、水洗牢度的影响。研究发现,选用固化剂L-75时,wpu胶粘剂的耐水洗度最佳。顾丽争等制备了双组分聚氨酯胶粘剂,用于粘接PET复合膜,研究了聚氨酯与固化剂的质量比、涂胶量以及固化时间对粘结性能的影响。结果表明,聚氨酯与固化剂质量比为40∶1、涂胶量为8g/m2、固化时间为5d时,胶粘剂粘结性能最优。此外,润湿剂、消泡剂、无机填料都能引起WPU胶粘剂界面能的变化。冯国超对热活化型wpu胶粘剂的合成及应用进行了研究。结果表明,在异氰酸酯基(—NCO)与羟基(—OH)摩尔比为1.4,二羟甲基丙酸(DMPA)质量分数为5%,磺酸盐扩链剂A-50质量分数为1.5%条件下,制备的乳液具有优异的粘结强度(1.48N/mm)、较低的热活化温度(55℃),胶膜表现出良好的耐水性(吸水率≤6.8%)和耐热性(110℃),在100℃的环境下乳液可快速熔融变黏,冷却降温后产品性能稳定。

2   结果与讨论

WPU胶粘剂粘接无机玻璃研究

    目前尚未有wpu胶粘剂粘接玻璃微珠的研究报道,但玻璃微珠与无机玻璃材质相同,均属于无机非金属材料。因此,研究wpu胶粘剂粘接无机玻璃对于wpu粘接玻璃微珠的研究有借鉴作用。玻璃表面存在活泼氢,可以与wpu胶粘剂上的极性基团形成氢键,但是在高湿环境或水浸泡后,wpu胶粘剂对其的粘结力下降明显。

    吴金丽等将合成的wpu与纳米氧化锡锑(ATO)复合,得到WPU/ATO复合分散体,研究了γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)的交联反应及其对胶膜性能的影响。研究表明,硅烷偶联剂的加入提升了WPU胶粘剂对玻璃的附着力。YAO等利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、KH560改性wpu乳液,研究了改性乳液成膜在无机玻璃表面附着力的变化。结果表明,用KH560改性的乳液成膜在无机玻璃表面具有较好的干湿附着力。龚甜对聚氨酯丙烯酸酯胶粘剂的性能和配方进行了研究并测试了胶粘剂的剪切强度、180°剥离强度、不挥发物含量、凝胶率、热分析等性能。结果发现,脂肪族预聚体柔顺性好,对于玻璃基材的附着力高于芳香族且透光性好。郑延清等以聚酯二元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)、DMPA、1.4-丁二醇(BDO)和三羟甲基丙烷(TMP)等为原料,合成了双组分WPU胶粘剂。研究发现,当DMPABDOTMP的质量分数分别为6%、4%、3%时,wpu胶粘剂的外观、稳定性、黏接强度等性能较好。

 
3 结 论

    反光材料与我们的生活密切相关,其具有广阔的市场前景,而胶粘剂是反光材料的重要组成部分,开发性能优良的胶粘剂是提高反光材料使用性能的重要手段。wpu胶粘剂是一种绿色环保的胶粘剂,将成为胶粘剂市场的主流。但wpu胶粘剂也存在固含量偏低、胶接产物耐水洗性能差等亟需解决的问题。因此,改善wpu胶粘剂的性能满足高性能反光材料的需求是未来的研究重点。目前,有关反光材料用wpu胶粘剂的研究很少,制备综合性能优良的玻璃微珠用wpu胶粘剂的难题尚未攻克,需要强化这方面的研究。

 

 

 

 

 

 

 

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《化工新型材料   2020年   第48卷 第12期

END

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