前言
WPU(水性聚氨酯)與溶劑型PU(聚氨酯)相比，具有不燃、無毒、不污染環(huán)境、節(jié)省能源及易加工等特點(diǎn)。近年來，隨著溶劑價(jià)格的不斷高漲、人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及環(huán)保法規(guī)的不斷完善，WPU取代溶劑型PU已成為重要的發(fā)展方向[1-4]。由于國內(nèi)WPU 的研究起步較晚(20 世紀(jì)70 年代后期才開始)，發(fā)展也比較緩慢，故目前國內(nèi)市場上PU膠粘劑仍多為溶劑型。如何研制出新一代WPU 膠粘劑用于替代溶劑型PU 膠粘劑，已成為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。然而，與溶劑型PU相比，由于成膜機(jī)制不同，WPU的膠膜不如溶劑型PU致密，導(dǎo)致膠膜缺陷較多，進(jìn)而影響其使用性能，故WPU在涂料、皮革涂飾劑以及復(fù)合薄膜包裝等方面的應(yīng)用受到一定的限制。
硅溶膠復(fù)合材料具有獨(dú)特的力學(xué)性能、光學(xué)性能、電學(xué)性能和磁學(xué)性能，不但能提升傳統(tǒng)材料的某些性能，而且還能促進(jìn)這些產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，因而已引起了科技界和產(chǎn)業(yè)界的極大興趣。硅溶膠分子結(jié)構(gòu)中存在的大量不同狀態(tài)羥基和不飽和殘鍵，可與WPU中的某些基團(tuán)(如脲基、氨基甲酸酯等)發(fā)生鍵合作用或化學(xué)反應(yīng)，從而提高了WPU的硬度、耐水性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性;同時(shí)，羥基和不飽和殘鍵也可與基材表面的羥基發(fā)生鍵合作用，從而能進(jìn)一步提高WPU的剝離強(qiáng)度。
鑒于目前市場上WPU 膠粘劑在使用過程中存在的某些缺點(diǎn)，為提高WPU 膠粘劑的綜合性能，本研究以硅溶膠作為WPU 改性劑，探討了其對(duì)WPU的性能、膠膜力學(xué)性能以及復(fù)合薄膜（詞條“薄膜”由行業(yè)大百科提供）的剝離強(qiáng)度、疏水性和耐熱性等影響，有望優(yōu)選出綜合性能良好的改性WPU膠粘劑。
1· 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)原料
聚酯多元醇，自制;二羥甲基丙酸(DMPA)，工業(yè)級(jí)，泰興市化學(xué)二廠;甲苯二異氰酸酯(TDI)，工業(yè)級(jí)，拜耳公司;二月桂酸二丁基（詞條“丁基”由行業(yè)大百科提供）錫(DBTDL)，工業(yè)級(jí)，北京化工三廠;三乙胺(TEA)，分析純，上海亭新化工試劑廠;丙酮、乙二胺(EDA)，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;硅溶膠，工業(yè)級(jí)，金壇市華東偶聯(lián)劑廠。
聚酯(PET)薄膜、聚乙烯(PE)薄膜，工業(yè)級(jí)，市售。
1.2 試驗(yàn)儀器
Mastersizer3000hsa型激光粒度儀，Malvern儀表公司;SLX-A/C 型邵氏硬度計(jì)，上海新諾儀器設(shè)備有限公司;CMT5205型微機(jī)控制電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，MTS 工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司;Pyris 1 TGA 型熱失重分析儀，美國PE公司;DSA100型光學(xué)接觸角測量儀，德國Kruss公司。
1.3 WPU 的制備
1.3.1 原料預(yù)處理
丙酮，使用前用分子篩浸泡7 d 以上，備用;聚酯多元醇，使用前在105 ℃時(shí)抽真空（詞條“真空”由行業(yè)大百科提供）脫水若干時(shí)間，冷卻（詞條“冷卻”由行業(yè)大百科提供）后置于干燥器中，備用。
1.3.2 WPU的合成
在帶有攪拌器和冷凝管的三口燒瓶中加入脫水處理過的聚酯多元醇、適量TDI、催化劑(DBTDL)，反應(yīng)1 h;然后加入DMPA(期間可加入適量丙酮控制預(yù)聚體的黏度)，反應(yīng)3 h;冷卻至室溫，加入硅溶膠，反應(yīng)0.5 h;加入TEA中和成鹽，再加入EDA進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，并在高速攪拌下加入去離子水乳化;最后減壓蒸餾除去丙酮，得到所需產(chǎn)品。
1.4 測試或表征
(1)粒徑及其分布：采用激光粒度儀進(jìn)行測定。
(2)吸水率：將烘干至恒重的膠膜(質(zhì)量為W0、尺寸為3 cm×3 cm×1 mm)室溫浸泡在水中，24 h 后取出，擦干表面水分并稱重(質(zhì)量為W1)，則吸水率=(W1-W0)/W0。
(3)硬度：采用邵氏硬度計(jì)進(jìn)行測定。
(4)水接觸角：采用光學(xué)接觸角測量儀進(jìn)行測定。
(5)T-型剝離強(qiáng)度：按照GB/T 2791—1995 標(biāo)準(zhǔn)，采用電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測定(復(fù)合材料為PET薄膜與PE薄膜)。
(6)拉伸（詞條“拉伸”由行業(yè)大百科提供）性能(如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等)：按照GB/T 528—2009標(biāo)準(zhǔn)，采用電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測定。
(7)熱性能：采用熱失重分析(TGA)法進(jìn)行表征(N2氣氛，流量為40 mL/min，升溫速率為10 K/min，取樣量為5 g)。
2· 結(jié)果與討論
2.1 硅溶膠對(duì)WPU 粒徑及其分布的影響
WPU的平均粒徑及峰寬如表1所示。由表1可知：隨著硅溶膠摻量的不斷增加，WPU的平均粒徑和峰寬逐漸增大(平均粒徑由1%硅溶膠時(shí)的45.3 nm增至10%硅溶膠時(shí)的74.7 nm)，這與PU分子之間的離子相互作用及縮合作用有關(guān)。
2.2 硅溶膠對(duì)WPU 膠膜硬度和耐水性的影響
表2 為硅溶膠摻量對(duì)WPU 膠膜硬度和耐水性的影響。由表2可知：隨著硅溶膠摻量的不斷增加，WPU膠膜的硬度基本上呈上升趨勢(shì)，而吸水率卻逐漸降低(即膠膜的耐水性提高)。
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