引言
水性聚氨酯（WPU）是指分子链中具有氨酯基（—NHCO0—）和亲水基团的大分子。因氨酯键极性较强，对金属、塑料及玻璃等各种底材均具有良好的粘接性，并且可以通过调整原料和工艺来调整聚氨酯的结构，从而调节胶粘剂的性能，如耐寒性、耐油性、耐磨性、韧性等。因此，聚氨酯胶粘剂在国内外获得快速的发展，如拜耳公司U53，U54等系列产品，日本大日本油墨公司的HydranHW及AP系列及日本光洋公司的水性乙烯改性聚氨酯胶粘剂KR系列产品等等。国内在20世纪80年代开始起步，因相关理论基础薄弱，原材料种类匮乏，以及工艺方法单一等问题，研究进展缓慢。近些年来随着我国环保法规的实施和人们环保意识的增强，一些传统的溶剂型胶粘剂逐渐淡出市场，加之市场空间和绿色、可持续发展政策指引等因素给了水性胶粘剂巨大的发展空间，而水性聚氨酯胶粘剂由于其综合性能突出，合成和改性等方面研究更是获得了飞速的发展，相关的文献报道也大量涌现。本文将介绍国内近几年水性聚氨酯胶粘剂的合成与改性的研究进展。
1通用型异氰酸酯聚氨酯胶粘剂的研究现状
通用型异氰酸酯，即芳香族异氰酸酯是目前聚氨酯工业使用最广泛的异氰酸酯，由于结构中与苯环相连的亚甲基易被氧化生成醌类发色基团导致材料发生黄变。常用的通用型异氰酸酯有TDI、MDI和PAPI等。TDI常温下为液态，使用方便，是聚氨酯工业中最早使用的异氰酸酯。用某种方法从麻疯树籽油中提取了多元醇，与TDI反应制备木材用聚氨酯胶粘剂，该胶粘剂具有较高的剪切强度和良好的耐化学腐蚀性，能够满足木材工业的要求。用复合多元醇与TDI反应制得一种双组分高强度聚氨酯密封胶，具有良好的耐高低温性能。固化后在70℃条件下处理72h的拉伸剪切强度可达10.78MPa，在-50℃条件下的拉伸剪切强度可达11.62MPa。由于TDI饱和蒸汽压高，毒性大、易挥发，对环境和操作人员带来极大的危害，在一些领域被限制使用。MDI不仅毒性小，而且结构更加规整其制品具有更强的力学性能。用MDI合成生物基聚氨酯反应热熔胶，具有良好的耐热性和耐化学腐蚀性，对聚碳酸酯基材、塑料基材、不锈钢基材均有良好的附着力。使用不同分子质量聚丙烯醇和MDI通过简易方法合成了热塑性聚氨酯压敏胶，发现随体系中硬段含量的增加，胶粘剂的剪切强度和弹性模量也有所增大，但是胶粘剂的相分离程度降低。用MDI制成聚氨酯胶粘剂，不仅粘接强度高、环境适应性好，而且具有优异的低温性能。PAPI是含有不同官能度的多异氰酸酯混合物，平均官能度大于2，能够提供更多的交联点，而且价格更加便宜。将PEG-400和PAPI合成的预聚体引入到玉米淀粉胶粘剂中，合成聚氨酯基玉米淀粉胶粘剂，发现PAPI型聚氨酯预聚物的引入不仅降低了胶粘剂的固化温度，提高了热稳定性，而且提高了木材的耐水性。用聚酯多元醇和PAPI制备的木质素基聚酯型聚氨酯胶粘剂，具有较好的热稳定性、较高的断裂伸长率和剪切强度。
2聚氨酯胶粘剂的研究进展、合成、改性与应用
2.1 化学改性
化学改性是一种通过聚合物化学反应改变分子链上原子或原子团类型及其结合方式的改性方法，其中嵌段、接枝等是聚氨酯胶粘剂常用的几种化学改性方法。其中高性能的环氧树脂改性聚氨酯胶粘剂、丙烯酸酯改性聚氨酯胶粘剂、有机硅树脂改性聚氨酯胶粘剂是行业内竞相开发的目标。环氧树脂具有良好的粘接性、耐腐蚀性、高强度等诸多优点，但是韧性较差，将环氧基引入聚氨酯体系中能够获得性能更好的产品。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆等公开了一种外用拉拔测试用早强型双组分聚氨酯-环氧树脂复合胶粘剂，多元醇、环氧树脂填料、助剂组成A组分，B组分主要是异氰酸酯。2种组分按特定比例混合后2min内固化，30min内达到测试所需强度的聚氨酯胶粘剂，能够满足外墙外保温测试需要。聚丙烯酸酯对光、热、氧等有着良好的耐受性，但同时存在较大脆性。聚丙烯酸酯改性聚氨酯胶粘剂可以在性能方面得到互补。用特殊方法合成高粘接强度、低体积收缩率的丙烯酸酯-聚氨酯胶粘剂。对玻璃、PET、PVC、PC等基材有着良好的粘接性，体积收缩率仅为1.75%。同时用丙烯酸酯和环氧树脂对聚氨酯胶粘剂进行改性，结果表明，该聚氨酯胶粘剂的耐温性优于未改性的聚氨酯胶粘剂，但是随着环氧树脂用量的增加，胶粘剂在乙酸乙酯中的溶解度降低。硅烷改性聚氨酯胶粘剂不但能够提高柔韧性还能避免传统聚氨酯胶粘剂固化易起泡、对光滑基材粘接性差的缺点。用硅烷改性的HDI 三聚体 （HDI-T）、HDI、聚四氢呋喃为主要原料合成硅烷改性聚氨酯材料。制备的聚氨酯材料表面疏水性增强，吸水性降低，随着HDI-T含量的增加，材料的弹性模量、拉伸强度和硬度均有所提高，但断裂伸长率下降。用环氧大豆油和硅氧烷双重改性水性聚氨酯胶粘剂，随着环氧大豆油与硅氧烷的加入，胶膜的拉伸强度持续增大，吸水性则呈现先下降后升高的趋势。
2.2丙烯酸酯改性水性聚氨酯胶粘剂
丙烯酸酯树脂具有优异的保光保色性、耐水性良好，成本相对聚氨酯树脂较低，通过丙烯酸改性水性聚氨酯，在降低成本的同时，提升聚氨酯的耐候性、耐水性以及机械性能。采用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）、聚酯多元醇以及丙烯酸羟乙酯合成双键封端的水性聚氨酯预聚体，然后水分散，再滴加丙烯酸酯单体和引发剂进行自由基聚合，得到核为丙烯酸酯树脂分子，壳部分为聚氨酯大分子的改性水性聚氨酯，对产物进行了热分析、红外分析等表征，研究结果表明，经过改性后的水性聚氨酯胶粘剂具有更好的耐水性，胶粘剂对铝箔/PVC薄膜的T-剥离强度得到提升。以相似的方法得到双键封端的预聚体，然后加入丙烯酸酯单体以及特殊单体DAAM进行乳化，加入引发剂进行聚合，最后加入ADH作为和DAAM进行自交联的交联剂，得到丙烯酸酯改性的具有自交联性的水性聚氨酯胶粘剂。研究表明，当羧基含量在1.45%～1.5%，丙烯酸酯含量在30%，丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的比例在4∶2时，改性后的水性聚氨酯胶粘剂的耐水性和粘接性能最佳。采用IPDI、聚己内酯二元醇（PCL）、二羟甲基丁酸（DMBA）合成水性聚氨酯预聚体，用丙烯酸羟乙酯封端（HEA）,然后和甲基丙烯酸甲酯、双丙酮丙烯酰胺（DAAM）单体共聚，最后加入己二酸二酰肼（ADH）混合均匀，得到的丙烯酸酯改性水性聚氨酯。
2.3建筑与木材领域
聚氨酯胶粘剂良好的粘接性、耐低温性、耐磨性、耐腐蚀性，在建筑以及木材粘接领域中发挥着重要作用。讨论了碳纤维增强单组分聚氨酯粘合剂用于木质胶合梁内侧的可行性。结果表明，用聚氨酯胶粘剂加固的胶合梁的强度和刚度与用环氧胶粘剂加固的胶合梁基本相同，完全可以满足工业化生产的需要。将聚氨酯发泡胶应用于建筑的砺石，发现经过聚氨酯发泡胶处理过的砺石比起传统胶凝材料处理的砺石有更高的强度和刚度，而且还表现出了一定的韧性。
结语
聚氨酯胶粘剂以其优异的性能逐渐被应用于各个领域。然而，国产聚氨酯胶粘剂的耐久性、稳定性和环保性等综合性能仍落后于国际知名品牌水平。此外，环境污染问题日益恶化，能源危机的出现对聚氨酯胶粘剂行业提出了新的更高的要求。深入研究聚氨酯胶粘剂的合成机理，加大对聚氨酯胶粘剂研发、生产和应用的投入，在改善基础原料性能的前提下，开发环保型、多功能、可降解、可再生、低VOC含量和高附加值的聚氨酯产品已成为聚氨酯胶粘剂行业的发展方向。
参考文献
[1]闫华,董波.我国胶粘剂的现状及发展趋势[J].化学与黏合,2007（01）:39-43.
[2]赵云峰.高性能胶粘剂密封剂在航天工业领域的应用[J].化学与黏合,2014（06）:446-450.
论文作者:梁渐辉
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/27
标签：聚氨酯论文; 胶粘剂论文; 丙烯酸酯论文; 水性论文; 基材论文; 强度论文; 性能论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;