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复合膜用水性聚氨酯粘合剂的研究

作 者: 乔勇
导 师: 卢秀萍
学 校: 天津科技大学
专 业: 材料学
关键词: 水性聚氨酯 丙烯酸酯 核-壳结构 胶黏剂 180°剥离强度
分类号: TQ433.432
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


作为食品包装材料的铝箔虽柔软可折叠,但机械强度低,封合性差。双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)具有质量轻,透明度高,防湿性、耐热性能好等特点,广泛用于食品、医药和医疗消毒器材等的包装中。将铝箔与BOPP薄膜进行复合,即可得到阻隔性、力学性能及热封性能优良的铝塑复合软包装材料。但聚丙烯化学结构呈惰性、结晶度高,非极性和弱界面等特性,使用普通水性聚氨酯(Pu)胶黏剂对BOPP/铝箔的粘接强度低,不能满足使用需要,必须对其进行改性。论文首先以聚醚二元醇1000(或2000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、三羟甲基丙烷(TMP)为原料,合成了一系列阴离子水性聚氨酯(PU)。借用红外光谱仪、激光粒度仪、旋转粘度计、热重分析仪及电子拉力机分别表征了体系的结构,研究了NCO/OH摩尔比、-COOH含量、交联剂用量等因素对乳液稳定性、黏度、粒径、耐水性及BOPP/铝箔复膜的180°剥离强度的影响。结果表明:(1)随着NCO/OH摩尔比的增加,胶膜的拉伸强度增大,断裂伸长率减小,耐水性较小。当软段分子量为1000和2000时,BOPP/铝箔复膜的180°剥离强度分别在NCO/OH摩尔比为1.45和1.55时出现了最大值(值分别为0.248kN·m-1和0.227kN·m-1)。(2)随着-COOH含量的增大,乳液粒径减小,胶膜耐水性下降;当-COOH含量为2.4%时,BOPP/铝箔复膜的180°剥离强度达到最大值(值为0.247kN·m-1)。(3)随着TMP含量的增加,胶膜的力学性能和耐水性能得到了改善;当TMP含量为0.9wt%时,BOPP/铝箔复膜的180°剥离强度达到最大值(值为0.253kN·m-1)。在上述PU研究基础上,选用丙烯酸酯为单体,水性聚氨酯为种子乳液和高分子乳化剂,通过添加交联剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或二缩三丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA或TMPTA)或甲基丙烯酸-B-羟乙酯(HEMA),制备了一系列核-壳结构的聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液。分别研究了丙烯酸酯与聚氨酯质量比、丙烯酸酯软硬单体质量比、交联剂含量和HEMA含量对PUA复合乳液及其涂膜性能的影响。研究表明:(1)随丙烯酸酯与聚氨酯质量比和丙烯酸酯硬单体质量的增加,复合乳液黏度减小,粒径增大,胶膜耐水性和热稳定性提高。当丙烯酸酯与聚氨酯质量比为2.0,丙烯酸酯软单体与硬单体质量比为75/25时,聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液黏合剂对BOPP/铝箔的黏接强度优于国外样品(值分别为0.221kN.m-1和0.182kN·m-1)。(2)当TMPTA或TPGDA的加入量分别为丙烯酸酯类单体的1%和2%时,复合乳液性能显著提高,BOPP/铝箔的180°剥离强度最佳(值分别为0.231kN·m-1和0.228kN·m-1)。(3)当HEMA用量为4%时,乳液稳定性好,胶膜的耐水性和热稳定性优于核壳未交联,BOPP/铝箔的180°剥离强度最好(值为0.263kN·m-1)。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 前言  10-26
  1.1 水性聚氨酯的研究现状  10-11
  1.2 水性聚氨酯黏合剂的特点  11
  1.3 聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的合成方法简介  11-16
    1.3.1 PU和PA的共混  12
    1.3.2 PU和PA的复合乳液共聚  12-13
    1.3.3 PU和PA的接枝共聚法  13-14
    1.3.4 PU和PA的互穿网络法  14-15
    1.3.5 PU和PA的核壳聚合法  15-16
  1.4 核壳结构PUA复合乳液的制备原理  16-17
  1.5 核壳结构PUA复合乳液的合成方法  17-19
    1.5.1 PU种子乳液聚合工艺  18
    1.5.2 后乳化聚合工艺  18
    1.5.3 单体部分替代溶剂的聚合工艺  18-19
    1.5.4 无溶剂聚合工艺  19
  1.6 聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的改性研究  19-23
    1.6.1 内交联改性  19-20
    1.6.2 外交联(或双组分交联)  20
    1.6.3 自交联  20-22
    1.6.4 引入疏水链段改性  22-23
    1.6.5 无皂乳液聚合  23
  1.7 聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液的成膜机理  23-24
  1.8 本论文的研究目的和研究意义  24-26
2 实验部分  26-32
  2.1 实验原料  26
  2.2 实验装置  26-27
  2.3 实验方法  27-32
    2.3.1 原料预处理  27
    2.3.2 水性聚氨酯的制备  27
    2.3.3 水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成  27-30
    2.3.4 样品制备  30
    2.3.5 性能测试  30-32
3 结果与讨论  32-64
  3.1 水性聚氨酯乳液的合成与性能  32-44
    3.1.1 两种软段PU的红外光谱分析  32-33
    3.1.2 合成PU乳液性能  33-34
    3.1.3 NCO/OH摩尔比对PU乳液性能的影响  34-38
    3.1.4 -COOH含量对PU性能的影响  38-40
    3.1.5 交联剂三羟甲基丙酸对PU性能的影响  40-43
    3.1.6 小结  43-44
  3.2 PUA复合乳液的合成  44-45
    3.2.1 PUA乳液的制备方法  44
    3.2.2 PUA乳液制备工艺的确定和优化  44-45
  3.3 PUA乳液结构的表征  45-48
    3.3.1 红外光谱分析  45-47
    3.3.2 粒径分析  47
    3.3.3 乳液胶膜的热重分析  47-48
  3.4 PA与PU质量比对PUA体系各性能的影响  48-52
    3.4.1 乳液粒径和表观黏度  48-49
    3.4.2 乳液外观及贮存稳定性  49-50
    3.4.3 胶膜耐水性  50
    3.4.4 铝塑复合膜180°剥离强度  50-51
    3.4.5 胶膜热稳定性  51-52
  3.5 PA中硬单体含量对PUA体系各性能的影响  52-57
    3.5.1 PUA乳液粒径  53
    3.5.2 PUA乳液表观黏度  53-54
    3.5.3 PUA胶膜耐水性  54
    3.5.4 铝塑复合膜180°剥离强度  54-55
    3.5.5 胶膜热稳定性  55-56
    3.5.6 合成的PUA与国外样品的性能比较  56-57
  3.6 交联剂对PUA乳液体系性能的影响  57-60
    3.6.1 PUA乳液粒径  57-58
    3.6.2 PUA乳液表观黏度  58-59
    3.6.3 PUA胶膜吸水率  59
    3.6.4 铝塑复合膜180°剥离强度  59-60
  3.7 核壳交联结构PUA乳液的合成与性能  60-63
    3.7.1 HEMA用量对乳液稳定性的影响  60-61
    3.7.2 HEMA用量对胶膜吸水率的影响  61
    3.7.3 HEMA用量对铝塑复合膜180°剥离强度的影响  61-62
    3.7.4 HEMA用量对胶膜热稳定性的影响  62-63
  3.8 小结  63-64
4 结论  64-66
5 展望  66-67
6 参考文献  67-73
7 攻读硕士学位期间发表论文情况  73-74
8 致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 胶粘剂工业 > 合成胶粘剂 > 橡胶、树脂为原料的胶粘剂 > 合成树脂为原料的胶粘剂 > 聚氨酯胶粘剂
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