水性聚氨酯胶粘剂开发应用进展

∙    水性聚氨酯胶粘剂(简称PU胶)是水性胶粘剂中的重要一类，以其优良的粘接性、突出的耐油、耐冲击、耐磨、耐低温等特性，近年来得到了迅速发展。 

    1水性PU胶的定义及分类 

    水性PU胶是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。其分类方法很多，按外观和粒径可分为3类，即聚氨酯乳液、聚氨酯分散液和聚氨酯水溶液。实际应用最多的是聚氨酯乳液和分散液[1]。 

    1.1聚氨酯乳液 

    聚氨酯乳液是指水分散体中含有乳化剂的聚氨酯分散体系。可通过外乳化法制得。其粒径>0.1μm，外观白浊。由于这种聚氨酯不易溶于水，因此需通过强力搅拌，依靠剪切力和大量乳化剂作用将聚氨酯强制乳化分散于水中。大多数外乳化聚氨酯乳液的产品粒径粗大，且亲水性小分子乳化剂的残留，会影响固化后聚氨酯胶膜的性能，现在已经逐步向自乳化聚氨酯分散液方向发展。 

    1.2聚氨酯分散液 

    通常将不含有乳化剂的聚氨酯分散体叫水性聚氨酯分散体，或聚氨酯分散液，其粒径在0.001-0.1μm，外观半透明，可通过内乳化或自乳化法制得。采用带有成盐亲水基团的物质与预聚体的--NCO基团反应生成亲水的聚氨酯盐，这种聚氨酯盐不用加入乳化剂，经搅拌可直接分散于水中得到半透明分散体。根据聚氨酯分子中所引入的亲水基团的不同，又可将其分为阴离子型、阳离子型和非离子型。在成膜过程中水分逐渐被排除，其分子链问及离子基团间呈有规律的排布，不但存在静电作用和氢键力，而且分子之间还发生交联反应，形成网络结构。由于没有乳化剂的存在，这些粒子对机械搅拌、加热或稀释的敏感性不大，耐电解质；胶膜牢固且富有弹性，粘附力强。 

    1.3聚氨酯水溶液 

    聚氨酯水溶液是指所生成的聚氨酯分子溶于水中而形成的溶液。其粒径<0.001μm，外观透明，稳定性良好。但由于聚氨酯水溶液中聚合物的亲水性好，致使其胶膜的耐水性等性能比前2者差，而且工艺复杂，成本也较高，其应用受到了。 

    2水性聚氨酯胶粘剂的现状及应用 

    国外在20世纪50年代就开始了水性PU胶的研究，直到80年代才在技术上取得突破，90年代推向市场[2]。我国的研究始于20世纪70年代初，近年来研究工作十分活跃，但与国外水平相比，仍处于开发阶段[3]。 

    随着经济高速发展，环保要求越来越高，国内许多单位都积极投入到水性聚氨酯的研发中，据不完全统计，目前我国水性PU胶粘剂的科研、生产单位已有上百家。水性PU胶粘剂具有耐低温、柔韧性、粘接性能好、胶膜物性可调节范围宽等优点，已在植绒、多种层压制品的粘合(包括薄膜、织物、棉或化纤、无纺布、纸张、食品包装复合塑料薄膜等)、汽车内饰材料的粘接、木工、压敏胶、制鞋等领域得到广泛应用。

    2.1植绒胶粘剂

    水性聚氨酯具有优良的柔韧性，性能超过了丙烯酸乳液胶粘剂，可用作植绒胶。如许戈文[5]等人研制出的环氧改性聚氨酯阳离子乳液体系，其粘附力、耐水性、耐溶剂性、手感等方面性能优异。 

    2.2层压制品及复合包装 

    聚氨酯胶粘剂中含有异氰酸酯基(-Nc0)和氨基甲酸酯基(-NHCOO-)，与含有活性氢的材料有着优良的粘接力，还可与被粘材料产生氢键作用，使粘合更加牢固。聚氨酯胶粘剂的配方可调，胶层从柔性到刚性可任意调整，适合多种材料复合包装及层压复合的要求。另外由于胶膜气味小、无毒，特别适用于食品包装复合薄膜及装饰用复合胶粘剂。 

    安徽大学绿色高分子材料重点实验室研制的PU-5080水性聚氨酯胶粘剂可用于磁层压、织物处理、材料粘合等领域，固含量(30±1)％，PH值6～9，断裂伸长率>400％，拉伸强度>13MPa。 

    2.3木材胶粘剂 

    木材加工是胶粘剂最大的应用领域。胶合板、纤维板、刨花板常用的胶粘剂有脲醛、三聚氰胺-甲醛、酚醛树脂胶等。采用'三醛树脂'制造复合板材，一般要求木材水分质量分数在2％以内，而未经干燥处理的木材水分质量分数在10％左右甚至更高，需要经过干燥处理才能进行复合加工，否则压制时可能产生爆裂。另外，三醛树脂在粘接及制品使用过程中会产生有刺激性气味的甲醛，对环境造成污染。脲醛胶粘的制品耐水性较差，聚醋酸乙烯乳液则耐水性及耐热性均不佳，热压时易透胶。而采用乙烯基水性聚氨酯胶粘剂可克服以上缺点，能在室温下胶接木材，具有初粘性高，对较湿的木材也能适应等优点。胶层的耐热性和耐老化性能良好。 

    日本首先开发了水性乙烯基PU系木材胶粘剂，简称API，后改名为水性高分子-异氰酸酯系木材胶粘剂(WPI)。该类胶粘剂初粘性高，可常温胶接，最终粘接强度高，胶层耐水、耐久性良好，粘接木材时受压时间短，操作简便，胶粘剂呈中性，对木材无污染[6]。 

    2.4鞋用胶粘剂 

    前几年我国一些三资鞋厂已开始使用水性PU胶。目前每年单从我国出口到国外的4大名牌(Nike等)所用的水性PU胶就达到2万t[2]。由于国产水性PU胶在固化速度、初粘性、耐热性等方面均不及溶剂型胶，因此国内市场上的鞋用水性PU基本上为进口产品。据报道，山西省应用化学研究院开发、山西运城华阳工贸公司生产的PUWD26210水性胶对鞋材具有良好的粘接性[2]。 

    2.5压敏胶 

    乳液压敏胶的用途是制造胶带、不干胶标签等，也可直接使用，广泛用于办公、建筑、家具、车辆等领域。目前丙烯酸类乳液使用较多。而考虑到耐老化、耐寒、粘接强度、透明性、无毒等因素，聚氨酯可成为水性压敏胶中一种新型优良品种。PU乳液的分子质量不宜过大。日特开昭62—297375报道了日本花五株式会社研制的一种阴离子型PU乳液，用环氧交联得到的压敏胶耐水性好、强度高、稳定性好[8]。该实验研制的环氧改性水性PU压敏胶，乳液稳定，用于铝板与薄膜及海绵与海绵粘接，具有非常好的初粘性和持粘性。