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研究硅烷偶联剂改性水性聚氨酯胶黏剂

时间:2012-01-05 12:23:28 来源: 作者:小辉点击:次

2结果与讨论

2.1KH-550改性水性聚氨酯的化学结构

硅烷偶联剂分子中同时拥有极性和非极性部分，通式表示为Y(CH2)nSiX3，其中Y表示烷基、苯基、乙烯基、环氧基以及氨基等有机官能团，可以与胶黏剂基体树脂的有机官能团发生化学反应;X表示甲氧基、乙氧基等，这些基团易水解成硅醇而与塑料基材上的羟基反应，生成稳定的硅氧键。因此，通过使用硅烷偶联剂，可以把两种性质不同的薄膜材料粘接在一起，有效地改善界面层的胶接强度。本文选用的硅烷偶联剂为KH-550，端基—NH2与—NCO反应活性高，容易接入到聚氨酯分子链中。硅烷偶联剂(KH-550)改性水性聚氨酯的红外谱图如图2所示。

在图2中，1733cm－1处为聚氨酯预聚体中CO的吸收峰，3337cm－1处为N—H的伸缩振动峰，1536cm－1处为酰胺的N—H变形振动峰，这3个峰为氨基甲酸酯的特征峰;2956cm－1为C—H非对称伸缩振动峰，1454cm－1为脲基甲酸酯CO伸缩振动峰，说明聚氨酯分子链中有脲基甲酸酯形成;1142cm－1处的Si—O—Si伸缩振动峰与1180cm－1处的C—O—C伸缩振动峰重叠，由于硅烷偶联剂加入量相对较少，此峰仅有微弱变宽，1230cm－1处为CH2—Si中CH2弯曲振动峰，815cm－1处为CH2—Si的伸缩振动峰，表明硅烷偶联剂的存在;硅烷偶联剂上在3400cm－1附近的—NH2伸缩振动峰已经消失，说明—NH2和—NCO发生反应，KH-550已经成功接枝于聚氨酯分子链上。

2.2KH-550加入方式对乳液状态的影响

硅烷偶联剂不同的加入方式对乳液状态有一定的影响，本文对3种引入硅烷偶联剂的方式做了对比，结果见表1。

由表1可知，当KH-550直接混于水中加入预聚体时，在乳化分散时即发生凝胶。由于硅烷偶联剂混于水中极容易与水发生反应，一方面会大大降低硅烷偶联剂与树脂的反应效率，同时还会使聚氨酯大分子迅速交联而凝胶。此种加入方式无法制备出稳定的乳液。预聚体加水乳化后滴加KH-550、将硅烷偶联剂直接加入预聚体中反应，这两种方式都可以得到贮存稳定的水性聚氨酯乳液。但是，前者会存在水与硅烷偶联剂的竞争反应。虽然伯氨与—NCO的反应活性大于水与—NCO的反应活性，但是依然会有一些—NCO与水发生反应而致使部分的硅烷偶联剂不能接入到大分子链中，因此，采用将KH-550直接加入到预聚体中反应，然后再乳化分散，可以得到稳定性更好的水性聚氨酯乳液。

2.3KH-550用量对乳液性能的影响

从表2中看出，随着硅烷偶联剂加入量的增加，乳液由半透明向不透明过渡;粒径随之逐渐增大;乳液粘度逐渐减小。主要原因是硅烷偶联剂的引入，一方面增加了分子链之间的交联度，另一方面硅烷偶联剂强的疏水性使聚氨酯分子链在水中的分散变得更加困难，粒子容易发生凝聚现象，因此乳液粒径随着硅烷偶联剂加入量的增加而增大。乳液粒径越大，乳胶粒子数目越少，其水化层束缚的结合水量会减小，从而导致了乳液黏度的降低。

2.4KH-550用量对胶膜性能的影响

2.4.1交联度

硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯中硅氧烷水解、缩聚，在聚合物之间以及聚合物和基材之间能形成牢固的互穿网络立体交联结构。因此硅烷偶联剂的含量直接影响到交联度的大小。本文采用索氏提取法测定凝胶含量(见图3)，其在一定程度上反映出胶膜的交联度的大小。