水性聚氨酯（PU）胶粘剂是指将聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂，以水为基本介质，具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源、操作方便等优点。但是水性聚氨酯胶粘剂的初粘性一直不尽人意，在许多机械化高速生产及提高生产效率等方面，往往对胶粘剂的初粘性有较高的要求。

醋酸乙烯-乙烯乳液（VAE）以其成膜温度低、机械性能和贮存稳定性好、固化快、对薄膜基材粘接性好、具有良好的初粘性和较低的成本等优点适用于胶粘剂，为此本文通过VAE乳液对水性PU乳液进行共混改性，达到性能互补、降低成本的目的。

1、实验部分

1.1原料

PU乳液，自制，控制n(TDI)：n(OH)为1.6，n(DMPA)：n(PPG)为1，pH值为8；VAE乳液（AirflexEP），工业级，美国气体聚合物有限公司；氨水，分析纯，广州东红化工厂。

1.2VAE乳液共混改性

取一定量VAE乳液，滴入浓度为28%的氨水充分搅拌，调整pH值为7.5。在ml三口烧瓶中加入计量好的PU乳液，滴加调整pH值的VAE乳液，搅拌一小时出料。

1.3性能测试

1.3.1拉伸强度测试

将制备好的聚氨酯水乳液胶膜，用80mm×5mm型的裁刀裁好，放在真空干燥器中真空干燥24h，然后在XLL—A型拉力试验机上测定其拉伸强度及延伸率，拉伸速度为室温下mm/min。延伸率的计算公式如下：

E=（L2L1）/L1×%

式中：E为延伸率；L1为试品的原长；L2为试品断裂时的长度。

1.3.2粘接强度的测定

试片采用PVC薄片，尺寸为mm×15mm，粘合部分为mm×15mm，用丙酮处理表面污物，2试片均涂胶，每片涂层厚度为25g/m2（固体质量），等表干后将2试片贴合。将贴合的试片在接触压力下用65℃温度热烘48h，然后室温放置48h，用AG-1型万能电子拉力试验机（日本岛津公司）测定T型剥离强度，拉伸速率为室温下mm/min。

1.3.3吸水率的测定

把样品膜在真空下干燥24h，室温测定样品膜的质量，然后把样品膜浸泡于室温去离子水中，24h后再称量其质量，依据两者的质量差求吸水率（Ω）：

=(w2w1)/w1×%

式中：Ω为样品膜的吸水率；w1为样品膜的原来质量；w2为样品膜浸泡后的质量。

2、结果与讨论

2.1共混乳液的稳定性

共混乳液的稳定性是共混改性的先决条件。本文考察共混乳液的静止稳定性，分别按直接共混、将VAE调节pH7.5后再共混2种方式，结果见表1。

表1：共混对乳液稳定性的影响

注：其中PU乳液的固含量为25%，VAE乳液的固含量为54.5%，共混比例是2乳液的固体质量之比。

从表1可看出，在PU乳液中直接加入VAE乳液，乳液的稳定性被破坏。随着VAE乳液加入量的增加，乳液凝聚的速度也不断增加。这是因为VAE乳液中为防止醋酸乙烯酯基的水解，pH值控制在4.0-5.5之间，而PU乳液一般呈弱碱性。PU乳液胶粒表面存在羧基（—COOH），由于羧基在pH值较大时电离而使胶粒表面带负电荷，胶粒电荷互相排斥而稳定。当VAE乳液直接加入时，共混体系pH值下降，抑制了羧基的电离，胶粒表面失去电荷斥力而凝聚。

调整pH值之后，VAE乳液胶粒表面将以阴离子形式存在，形成双电层，具有与PU乳液胶粒相同的电荷，由于静电斥力体系保持稳定。

2.2共混组分的相容性

观察膜的透明度可以方便的看出两相的相容程度。观察不同比例PU/VAE共混改性所得膜的透明性，结果见表2。

表2：共混对膜透明性的影响

从表2可看出，随着VAE含量的增加，PU/VAE共混所制得的膜的透明度逐渐降低，在VAE含量较少时显示出部分相容性，可能是PU和VAE之间产生氢键结合。在70/30时出现明显的两相分离，体系透明性差。

2.3VAE含量对膜力学性能的影响

不同VAE含量对共混乳液胶膜力学性能的影响见表3。

表3：VAE含量对共混乳液胶膜力学性能的影响

从表3可看出，随着VAE含量的增加，共混乳液胶膜的拉伸强度先小幅增加后持续下降。这是因为VAE乳液的pH值升高后，其胶粒含有的一些强极性的羟基，能与自身酯基、羟基及聚氨酯的极性键形成氢键，使得膜的内聚能增大，拉伸强度增加，但随着VAE含量的继续增加，由于VAE自身强度较低，并且由于两相分离加剧，造成共混胶膜的拉伸强度下降。

从表3中可看出，随着VAE含量的增加，胶膜的延伸率先减少后持续增长。这是因为当VAE的加入量较小时，由于氢键作用使延伸率略有下降。

随VAE含量增加，VAE具有相当的韧性，含量的增加对体系增塑作用增强，并且两相分离加剧使延伸率增加。

2.4VAE含量对膜耐水性的影响

水性聚氨酯由于引入亲水性基团，耐水性较差，而VAE的耐水性较好，将两者共混测定成膜之后的吸水率见下图：

从图中可看出，随着VAE含量的增加，共混膜的吸水率有减少的趋势。一方面是因为VAE自身的耐水性比水性PU好，另一方面是因为PU中含有较多的氨基甲酸酯、脲、醚等基团，在成膜过程中和VAE胶膜中的保护胶体聚乙烯醇上的羟基能形成氢键。这种作用增加胶膜的物理交联程度，降低了水对胶膜的渗透作用，因而吸水率下降。

2.5VAE含量对共混乳液初粘力和最终剥离强度的影响

2.5.1初粘性表征方法的确定

初粘性是指粘合剂在粘合作用初期的粘接性能，其概念比较模糊，测试方法也没有统一的标准，而初粘力受测试环境诸多条件的影响，因此本实验先确定初粘性的表征方法。

表4水性PU粘接力与干燥时间的关系

从表4可看出，水性PU要挥发一定的水才产生粘接力，本实验确定当胶粘剂触手粘时的粘接力为初粘力，在规定涂胶量下胶层需要室温干燥约25min。

2.5.2VAE含量对共混乳液初粘力的影响

随着VAE含量的增加，共混乳液的初粘力增大，但继续增加VAE的含量，初粘力提高有限。

由于水性聚氨酯的软段结晶慢，初期内聚强度不高，导致初粘力不高，而且水性聚氨酯的分子量较大，导致分子链活动能力弱，胶液浸润性不好，也使初粘力下降。VAE乳液分子中引入了乙烯链段，起到内增塑作用，降低了玻璃化温度和成膜温度，对基材的润湿性好，所以具有良好的初粘力。将两者共混，可以提高水性PU的结晶速度和润湿性从而提高了初粘力。

2.5.3VAE含量对共混乳液最终粘接强度的影响

在PU乳液中加入少量VAE乳液能提高共混乳液的最终粘接强度，但VAE乳液含量继续增加反而降低了最终的粘接强度。这是因为少量VAE乳液的加入能有效的提高共混乳液的润湿性从而提高了粘接性能，但是VAE乳液的粘接性能比水性PU乳液差，继续增加会降低整体的粘接性能。

3、结论

调整VAE乳液的pH值为弱碱性后与水性PU共混能得到稳定的乳液，两者显示一定的相容性。

VAE能有效地提高PU的耐水性，少量VAE能提高PU的力学性能，有效提高初粘力而不损害最终粘接强度，同时降低了成本，达到了充分利用单一乳液优势的目的。

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