水性聚氨酯胶黏剂国内外发展情况

1.国外研究进展

国外对聚氨酯的研究较早。 20 世纪 40 年代,德国的拜耳就建成了聚氨酯试验车间, 美国、英国于20 世纪 5 0 年代相继开始了工业化, 20 世纪 60 年代杜邦公司首次工业化生产了水性聚氨酯, 20 世纪 70年代以来德国对水性聚氨酯进行了大量的研究工作, 对自乳化稳定机理及相转变过程进行了描述与解释。 20 世纪 80 年代后 , 美国、日本、荷兰等国家开始生产和应用聚氨酯。由于合成技术的发展和性能的不断改进, 使水性聚氨酯进入飞速发展

阶段, 涉及的领域涵盖皮革、纸张、纺织、涂料、胶黏剂等。进

入 21 世纪后, 聚氨酯的应用领域不断拓宽, 特别是世界范围内日

益高涨的环保要求, 更加快了水性聚氨酯工业的发展步伐。经过几十年的发展, 聚氨酯产品在汽车涂料、胶黏剂等领域已接近或达到溶剂型产品水平, 原料生产实现了规模化, 异氰酸酯、聚醚多元醇等聚氨酯基本原料的先进生产技术只掌握在少数几家跨国公司( 如BASF, Bayer, H untsman,DuPONT 等)手中,他们在世界各地建立了特大规模(10万t/a以上)的生产装置,这对中国规模较小、技术相对落后的原料企业的发展构成了一定威胁。国外水性聚氨酯胶黏剂的发展速度明显快于其他胶黏剂产品 , 且品种多、产量大。例如 : 拜耳公司U53 , U 54 等系列产品; 日本大日本油墨公司的H ydr an H W 及 AP 系列; 日本公司的聚氨酯乳液CV C36 及水性乙烯基聚氨酯胶黏剂 CU 系列等 [ 5] 。这些胶黏剂一般都具有较好的初黏性、耐水性、耐温性。近年来环境保护的压力迫使一些

传统产品逐渐淡出市场, 而代之以水性、高固含量、粉末产品等。水性聚氨酯胶黏剂以其独特的优异性能, 正面临前所未有的发展机遇, 需求量正以 16% ~ 30% 的速度增长, 是其他胶黏剂产品增长速

度的 2 倍以上, 并且向着高性能、功能化和进一步扩大应用领域方向发展。

1.1国内研究进展

中国于 20 世纪 5 0 年代开始研究, 60 年代才有少量生产, 70 年代初期开始了对水性聚氨酯的研究。聚氨酯在中国最早用于制备电泳漆, 随后人们研制出了织物整理用水溶性聚氨酯以及用作

皮革涂饰剂的聚氨酯乳液。进入 20 世纪 80 年代后, 中国对水性

聚氨酯胶黏剂的研究更加活跃, 但与国外系列化、工业化的水平相比, 仍处于起步阶段, 存在原料和制备方法单一、品种少、理论研究不足、应用研究不够深入等问题[ 7] 。从产品结构来看, 主要是乳液型, 水溶性次之, 胶乳型则不常见; 从原料来看, 多元醇主要用聚醚型, 聚酯型次之, 聚碳酸酯等其他类型极少见, 异氰酸酯的品种更少,

只有 T DI, 而 H DI和 MDI 仅见报道。从制备方法及种类来看, 一般是第 1 期陈建荣等水性聚氨酯胶黏剂的制备与发展概况 67

自乳化羧酸型、阴离子体系 , 季铵盐自乳化体系较少 , 熔融分散、固体自发分散法等则尚未涉及。从理论与应用角度来看, 着重

应用开发, 理论研究较少。国内水性聚氨酯胶黏剂的研究侧重于改性研究, 改性后的水性聚氨酯胶黏剂在特定方面具备特定的性能, 在

不同的应用环境中发挥出不同的优势作用 [ 8] 。

2.水性聚氨酯胶黏剂的发展趋势

水性聚氨酯胶黏剂不污染环境且性能优良 , 但目前仍存在一些因素制约其发展, 主要有产品的固含量低、初始黏度低、耐水性差、成本较高。针对这些问题, 目前各国正在致力于相关的研究[ 3] 。

2.1提高固含量

目前所生产的水性聚氨酯胶黏剂的质量分数多为 20% ~ 40% , 其干燥和运输费用较高, 设法将其提高到 50%以上是国内外研究者的主要课题。但由于提高固含量会导致性能不稳定, 因此研究者多

从反应工艺学方面加以研究。山西省应用化学研究院新推出的水性聚氨酯胶黏剂固含量达到了 ( 50 ?2) % , 且存储稳定。据研究报道, 经磺化的聚氨酯预聚体由于磺化软段的聚氨酯在水中的分散性更好,所以制得的聚氨酯分散液的固含量可高达 60%。

2. 2 采用共混技术降低成本

利用各种不同水性树脂的性能特点, 通过合理的配比形成一种杂合

性的产品, 以提高其性能, 降低成本, 这是降低水性聚氨酯胶黏剂

成本的途径之一。与丙烯酸乳液、水性环氧树脂、 EVA 乳液等进行混配或混聚, 可提高胶黏剂的耐水性、耐候性、硬度、热活化性能等, 取得性能与成本的平衡[ 9] 。

2. 3 提高初黏性

水性聚氨酯胶黏剂的初黏性低是阻碍其广泛应用的重要因素。采用高结晶性、高相对分子质量聚酯型软段可提高聚氨酯胶黏剂的初黏性。试验获知, 软段含有合适种类和适量离子基团时, 离子键合

力也对提高初黏性有贡献。日本大日本油墨公司已采用引入环氧树脂的方法制得了具有良好初黏性的产品。

2. 4 提高稳定性

在保持水性聚氨酯耐水性的同时, 提高水性聚氨酯胶黏剂的贮存稳定性是目前国内外水性聚氨酯研究的重要方向。从乳液的形态学着手研究, 可解决粒径、黏度、贮存性与胶性能间的矛盾 [ 8] 。