来源:粘接
2024年3月第51卷第3期
1. 1 材料与设备
主要材料:聚醚多元醇,AR,兀仪新材料;二苯基甲烷二异氰酸酯(M
DI),AR,吉鑫益邦生物科技;1,4⁃丁二醇(BDO),AR,文成化工;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),AR,吉业升化工;丙酮,AR,玖丰隆化工;二甲基甲酰胺,AR,千祥化工;甲基吡咯烷酮,AR,宙合化工;三乙醇胺,AR,金晟新材料。
主要设备:XL - KH50 型拉力试验机(禧隆设备);YG - PUR 型 PUR 热熔胶复合机(宏远轻化设备);SC - TGA1150型热重分析仪 ( 三创设备);HM - 3020 型 红 外 光 谱 仪 ( 恒 美 电 子 科 技 );LX - D - 2型邵氏硬度计(高鑫仪器)。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 聚氨酯预聚体的制备
(1)将聚醚多元醇放入真空干燥箱中进行真空脱水处理,脱水温度和时间分别为 120 ℃和 60 min;
(2)加入计量 MDI 和催化剂 DBTDL,60 ℃初聚合 1 h;
(3)加入扩链剂 BDO 和适量丙酮继续搅拌反应 1 h;
(4)反应结束后,放入二甲基甲酰胺的甲基吡咯烷酮溶液(质量比 1∶ 1),将温度降至 40 ℃ 后,放入计量三乙醇胺中和反应,反应时间为 4 h,得到聚氨酯预聚体。
1. 2. 2 聚氨酯粉末胶粘剂的制备
(1)将聚氨酯预聚体置于 15 ℃ 环境,加入分散液 进 行 搅 拌 熟 化, 搅 拌 转 速 和 时 间 分 别 为8 000 r/ min和 60 min;
(2)减压过滤后,将过滤产物放入电热烘箱内进行干燥处理,干燥温度为 35 ℃ ,得到白色聚氨酯粉末胶粘剂。
1. 3 性能测试
1. 3. 1 剥离强度测试
参照 GB / T 532—2008 标准,通过 XL - KH50型拉力试验机对材料剥离强度进行测试[6⁃7] 。
(1)提前对橡胶进行表面处理,然后在经过处理的橡胶表面均匀铺上聚氨酯粉末胶粘剂,在压力为 2 MPa 的压力作用下进行热熔处理,热熔时间为10 s;
(2) 将铺有胶粘剂的橡胶置于室温条件下放置,放置时间为 25 min,通过拉力试验机对胶粘剂的初期 剥 离 强 度 进 行 测 试, 拉 力 机作 用 速 率 为100 mm / min;
(3)将铺有胶粘剂的橡胶置于室温条件见放置24 h,对其后期剥离强度进行测试。
1. 3. 2 施胶温度测试
将聚氨酯粉末胶粘剂均匀铺设在经过处理的橡胶上,然后置于 YG - PUR 型 PUR 热熔胶复合机上,根据粉末胶的熔化情况确定施胶温度。
1. 3. 3 热稳定性测试
按照 50 mL / min 的 速 率 将 氮 气 通 入 SC -TGA1150 型热重分析仪中,使得整个反应在氮气气氛条件下进行。 按照 10 ℃ / min 的升温速率将温度从 30 ℃提升至 800 ℃ ,通过样品
质量变化对材料热稳定性进行研究。
1. 3. 4 红外光谱测试
通过红外光谱仪对粉末胶粘剂官能团进行测试。
1. 3. 5 其他性能测试
将粉末胶粘剂与催化剂熔融混合后固化,在常温阴凉处放置,时间为 14 d,然后对胶粘剂其他性能进行测试。
拉伸强度、撕裂强度、回弹率伸长率:通过拉力试验机进行[8⁃9]。
硬度:通过邵氏硬度计进行测试[10⁃11]。
2. 1 预聚体软硬段质量比优化
在聚氨酯预聚体中,软段为聚醚多元醇,硬段为MDI、DBTDL 和BDO。 通过固定硬段用量,改变软段用量,进而对软硬段比例进行调节,观察软硬段质量比对预聚体造粒的影响,结果见表 1。
由表 1 可知,当软硬段质量比过大时,聚氨酯预聚体自身具备较大的黏度,亲水扩链反应无法均匀进行,预聚体无法正常分散[12⁃13]。随预聚体软硬段质量比的降低,预聚体的分散效果得到明显的优化。当预聚体软段和硬段质量比降低至 3. 0∶ 1时,预聚体表现出较好的分散性,粒径范围为 100 ~ 180 目。继续降低预聚体质量比至 2. 1∶ 1时,预聚体中硬段含量过多,—NCO基团剩余含量过多,增加了造粒过程中的极性键,使得预聚体储存稳定性变差[14]。 综上,选择适合的预聚体软硬段质量比为 3. 0∶ 1。
2. 2 胶粘剂配比优化
2. 2. 1 R 值优化
R 值为—NCO 基团与—OH 基团的摩尔比,其对胶粘剂性能的影响见表 2。
由表 2 可知,R 值越大,胶粘剂的施胶温度越高,当 R 值达到 1.50 时,胶粘剂的施胶温度已经超过了 150 ℃ ,在实际应用过程中,无法达到施胶条件,因此不再进行下一步测试。 同时还能从表 2 中观察到, 随 R 值的增加,胶粘剂的剥离初期剥离强度和后期剥离强度均有一定上升。 所有 R 值条件下制备的胶粘剂强度均满足市场对跑道用胶粘剂初期剥 离 强 度 超 过 30 N/ cm, 后 期 剥 离 强 度 超 过40 N/ cm的要求。 由于 R 值越高,施胶温度也越高,对施胶的要求也越高,综合胶粘剂的施胶温度和剥离强度,选择适合的 R 值为1. 17,此时施胶温度为85 ℃ ,初期剥离强度为70. 4 N/ cm,后期剥离强度为124 N/ cm。
2. 2. 2 分散液种类优化
试验共选择 4 种分散液,观察分散液对聚氨酯胶粘剂形态和成粒过程的影响,结果见表 3。由表 3 可知,以液体石蜡作为分散液时,预聚体只有较少的颗粒出现。 而以水作为分散液时,聚氨酯预聚体出现溶胀发白的情况,在一般条件下不形成颗粒。 二者间出现明显的相分离,必须通过低温高速切割才能形成颗粒。 以正丁醇作为分散液时,聚氨酯预聚体出现大量的颗粒,但颗粒的柔软度较高,使其互相粘结,对其分散性能产生影响[17]。 而选择纳米级聚氟化乙烯丙烯分散液(FEP)时,聚氨酯预聚体产生大量的白色细颗粒,且颗粒间不互相粘结,表现出良好的分散效果,在经过熟化处理后变硬,经过过滤烘干处理后,得到聚氨酯粉末胶粘剂。
2. 2. 3 中和处理的影响
表 4 为中和处理对胶粘剂的影响。
由表 4 可知,经过中和处理后的聚氨酯胶粘剂施胶温度明显降低,剥离强度明显增加,热稳定性也得到了明显提升。 出现以上变化的主要原因为预聚体经过三乙醇胺中和后,促进了分散液中的活性基团与—COO - 的作用,使—COO
- 被封闭,施胶温度降低。 在熔融施胶的过程中,被封闭的—COO- 更易与基 材 发 生 作 用, 因 此 剥 离 强 度 得 到 明 显 增加[18⁃19]。 同时,三乙醇胺在体系内可以发挥成盐剂的作用,对预聚体在分散液中参与下一步聚合反应有积 极 的 作 用, 增 强 了 聚 氨 酯 胶 粘 剂 的 热 稳定性[20] 。
2. 3 红外光谱分析
以聚氨酯预聚体为对比,对聚氨酯粉末胶粘剂特征峰变化进行表征,结果见图 1。
由图 1 可知,2 种材料的红外曲线变化基本一致。 对比聚氨酯预聚体红外曲线和聚氨酯粉末胶粘剂红外曲线,胶粘剂红外曲线在 2 280 ~ 2 260 cm- 1处出现—NCO 振动引起的细微波动。 这说明在分散制粉时,残余的—NCO 基团发生了进一步聚合,完全参与了反应。
2. 4 其他基础性能测试
由于本试验制备的聚氨酯粉末胶粘剂主要用于体育塑胶跑道,因此对其基础性能也有一定的要求。参照 GB 36246—2018 标准对胶粘剂基础性能进行表征,结果见表 5。
由表 5 可知,聚氨酯粉末胶粘剂拉伸强度为7. 2 MPa,撕裂强度为 11. 8 MPa, 断裂伸 长 率 为110% ,硬度为50 HA,回弹率为38% ,各项指标均满足GB 36246—2018 标准要求,可以在体育塑胶跑道发挥作用。
本站所有信息与内容,版权归原作者所有。网站中部分新闻、文章来源于网络或会员供稿,如读者对作品版权有疑议,请及时与我们联系,电话:025-85303363 QQ:2402955403。文章仅代表作者本人的观点,与本网站立场无关。转载本站的内容,请务必注明"来源:林中祥胶粘剂技术信息网(www.adhesive-lin.com)".
©2015 南京爱德福信息科技有限公司 苏ICP备10201337 | 技术支持:建站100