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聚氨酯黏合劑及其應用

“黏合劑”屬于膠黏劑范疇,屬于膠黏劑的一類特殊應用領域,是指能把一種或幾種粉狀、碎塊或碎片狀、纖維狀基材結合起來,固化而成為整體的物質。而膠黏劑是用于粘接兩種或兩種以上較大基材的液狀物質,相當于英語中的“adhesive”、日語中的“接著劑”。用黏合劑把碎基材結合起來的過程,可稱為黏結。
黏合劑與粉狀物質混合,可以制成涂料或涂層劑使用。聚氨酯涂料已經有專門的介紹,本節主要介紹聚氨酯在一些特殊領域的應用。
一、磁帶黏合劑的制備
PU在磁性涂層中作黏合劑使用,可以說有兩個方面。
聚氨酯樹脂(一般是TPU,或聚酯等低聚物多元醇與二異氰酸酯的混合物)單獨或與其他樹脂并用,溶于溶劑作為磁帶黏合劑主成分。由于PU黏合劑與多種樹脂共混性良好,磁粉在樹脂溶液中能良好地分散,與各種基材粘接性優良,且制得的磁性涂層耐磨性、耐久性優良,特別是柔韌性優,絕大多數磁性涂層配方中含PU。大多數用于磁性涂層的PU黏合劑為熱塑性聚氨酯(TPU),具有優良的機械強度、彈性模量。用于磁性涂層黏合劑的TPU樹脂與用作鞋用膠等的TPU樹脂不通用,一般需要特別制備。用含側甲基的聚酯制得的TPU具有較好的性能。如果PU含磺酸鹽基團,會改善對磁粉的分散能力。
并且,大多數磁性涂料配方采用多異氰酸酯作為黏合劑的交聯組分,即組成雙組分型磁性涂料。雙組分磁性涂層使用時有適用期限制,但制得的磁記錄材料耐熱性、耐久性比不用交聯劑的單組分優。 在磁帶涂層中,除了聚氨酯樹脂外,還可以有其他樹脂,例如環氧樹脂、硝基纖維素、氯乙烯-乙酸乙烯-乙烯醇共聚物其中的1~2種。
下面介紹幾則磁性涂層配方。
【實例】
一個磁帶涂層的配方為:γ-Fe2O3100份,PU樹脂25份,多異氰酸酯交聯劑Coronate L3份,甲乙酮、甲基異丁酮等溶劑若干。
PU樹脂由以HOCH2CH2C(SO3Na)(CH3)CH2CH2OH為起始劑的聚ε-己內酯(Mw=2000)10份、聚己二酸己二醇酯二醇(Mw=2000)100份、MDI 24.8份和催化劑Dabco 0.02份制得。該樹脂含離子基團,改善了對磁粉的分散能力。
含磺酸鹽的PU樹脂還可以通過下面方法合成:由己二酸、1,4-丁二醇及5-磺酸鈉-間苯二甲酸二乙二醇酯的乙二醇溶液制備含—SO3Na基團的聚酯二醇,再與新戊二醇混合后與MDI混合均勻,倒在PTFE板上,在烘箱內于110~120℃下后固化6~8h。
有一些專利報道了輻射固化型磁性涂料,含不飽和鍵的改性PU黏合劑在基膜上涂布成一薄層,適合于電子束輻射固化。大多數情況為由丙烯酸改性的聚氨酯樹脂組成黏合劑樹脂成分,有時還加有多官能度的交聯劑。TPU樹脂一般為聚酯型,也有少量用聚醚為原料的。
有人采用聚氨酯黏合劑在涂有磁性涂層的磁帶背面涂上一層涂層,以提高磁帶的耐磨性,并獲得良好的摩擦系數。此涂層由PU黏合劑(TPU樹脂和多異氰酸酯交聯劑)和非磁性的粉末如碳酸鈣組成。
二、聚氨酯油墨黏合劑
印刷油墨由色料(無機或有機顏料、染料等)、載色劑(或稱展色料即vehicle、黏合劑即binder)、添加劑等為主要組成成分。聚氨酯樹脂的柔韌性、粘接性、對顏料的分散性都很優異,因而可用作塑料或金屬材質表面的照相凹版及網版印刷油墨的黏合劑。
對油墨用的PU樹脂應具有以下幾方面的要求:
①最基本的是可溶性,考慮到與顏料、其他樹脂的相容性及適應油墨對溶劑揮發性等方面的要求,PU樹脂應能溶于醇(異丙醇)或含醇的混合溶劑,這就要求聚氨酯樹脂的分子量不能太高,而大多數PU樹脂是不能溶于異丙醇及含醇的混合溶劑的;
②干燥的樹脂表面無黏性;
③PU樹脂溶于混合溶劑而成的PU黏合劑的黏度應較低,而成膜后其強度應較高;
④黏合劑對光滑表面的基材要有良好的粘接性,因而一般不能采用結晶性TPU樹脂。
油墨黏合劑所用的PU樹脂一般由聚酯或聚醚多元醇、脂環族二異氰酸酯及二元胺/二元醇擴鏈劑制備,分子量約數萬,為了能溶于醇,并提高膜強度、與塑料或其他基材的粘接性及顏料的分散性,一般在PU樹脂中引入了脲鍵,即形成聚氨酯-脲樹脂(PUU)。油墨用的聚氨酯黏合劑以單組分居多,也可以加少量多異氰酸酯交聯劑。
日本三洋化成株式會社開發的一種油墨黏合劑(展色劑)用PU樹脂,是由PBA聚酯(Mw=1500)、IPDI、IPDA及二乙醇胺制得,其軟化點為120℃、Mw=27600、100%模量為3mPa。由于引入脲鍵和氨基,使分子間氫鍵作用力大大增加,提高了樹脂的內聚強度及對薄膜的粘接力。由該樹脂30份、二氧化鈦50份及混合溶劑若干份制得的塑料薄膜印刷油墨對PP、PET及尼龍薄膜具有良好的印刷效果,印刷層耐熱油脂、抗粘連。
又如由聚己二酸-(3-甲基-1,5-戊二醇)酯二醇0.5mol、聚四氫呋喃醚二醇(Mw=2000)0
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