Page 207 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 王学川，等: 高温致活工业明胶木材胶黏剂的制备及应用
响。从图 1 可以看出，INGE 的剪切强度是 0.97 MPa，
加入不同量的 MEKO-WPU 后，INGE/MEKO-WPU
的剪切强度相较于 INGE 都有所增加，在 MEKO-
WPU 的加入量为质量分数 20%时，剪切强度最大。
这是因为 INGE/MEKO-WPU 胶黏剂在固化过程中，
MEKO-WPU 会逐渐解封出活性—NCO 基团，与明
胶的活性氢反应，生成脲基或氨基甲酸酯等刚性基
团，使胶黏剂的剪切强度增加。但当体系中—NCO
含量过高时，生成过多的刚性基团，固化后的胶膜
会变硬发脆，致使胶黏强度下降。
图 1 MEKO-WPU 用量对胶黏剂剪切强度的影响
Fig. 1 Effect of dosage of MEKO-WPU on the shear strength
2.2 封闭型聚氨酯结构与性能分析
2.2.1 FTIR 光谱分析
图 2 是 MEKO-WPU 封闭前后的红外光谱图。
–1
封端前 1715 cm 处为氨基甲酸酯的 C==O 的伸缩振
动吸收峰，封端前存在部分—NCO 与 PPG 和
DMPA 中的—OH 反应生成氨基甲酸酯键，所以封
–1
端后产生 1721 cm 处的强吸收峰 [15] 。1518 cm 为
N—H 的弯曲振动吸收峰和 C—H 的伸缩振动峰，
1369 cm –1 处为—CH 3 的对称变形振动吸收峰
–1
1231 cm 为酯基中 C—O—C 的非对称伸缩振动峰，
–1
1101 cm 处为醚键 C—O—C 的伸缩振动吸收峰。
图 2 MEKO 封闭 IPDI-预聚体与 IPDI-预聚体的红外谱图
Fig. 2 FTIR spectra of MEKO blocked IPDI-prepolymer
and IPDI-prepolymer
从图 2 中可清楚地看到，封闭前的聚氨酯预聚体
–1
曲线在 2275 cm 处存在明显的吸收峰，这是—NCO
·625·
–1
的伸缩振动吸收峰，封闭后 2275 cm 附近不存在吸
收峰，证明封闭后体系内不存在—NCO 基团，封闭
–1
后 2858~2976 cm 处峰值增强是封闭剂 MEKO 中的
—CH 与—CH 3 叠加所致 [18] ，说明 MEKO 分子链上的
—OH 与聚氨酯预聚体上的—NCO 发生缩聚反应，
成功制备出 MEKO 封端的 WPU 乳液。
2.2.2 DSC 分析
为了研究 MEKO-WPU 的解封温度，对其进行了
DSC 测试，结果见图 3。封闭型水性聚氨酯的解封温
度与封端剂和异氰酸酯的类型有关 [15] ，肟类封闭剂
[19]
解封温度一般在 110~140 ℃ ，苯环上的电子能加
速解封反应，其解封-固化反应也多是遵循消去-加成
解封闭机理 [20-21] 。图 3 中曲线在 124 ℃出现吸收峰，
134 ℃时结束。封端后的解封反应是吸热反应，MEKO-
WPU 的最大解封温度在 126 ℃，此温度适宜，可
以满足胶黏剂使用过程中的热压温度。图中较宽的
曲线范围表明，MEKO 与异氰酸酯的解封反应是随
着温度的升高而逐渐释放出活性—NCO 的过程 [22] 。
–1
图 3 MEKO-WPU 的 DSC 曲线
Fig. 3 DSC curve of MEKO-WPU
[17] ， 2.3 INGE/MEKO-WPU 的结构与性能表征
2.3.1 SEM 分析
图 4 是涂胶过程中样品的扫描图。木材是多孔
性材料，表面存在大量的纹孔和暴露在外的细胞腔
（图 4a）。将液态黏合剂涂胶于木材表面固化后，
黏合剂会穿透木材和破碎的纤维进入木材细胞，在
界面区产生啮合连接，该胶接作用属于机械结合 [23] 。
未经热压固化的胶黏剂仅粘附于木材表面，不会穿
透木材进入木材细胞（如图 4b）。而图 4c 是 INGE/
MEKO-WPU 涂胶于木材表面固化过程中的状态。
黏合剂进入木材空腔，但此时的 MEKO-WPU 还未
完全发生解封反应，胶黏剂的胶黏强度主要得益于
明胶与木板的相互作用。高温固化成膜的黏合剂与
未固化的胶膜相比，表现出更光滑的表面（如图 4e
和 4d），在一定程度上可以说明 MEKO- WPU 在高
温固化时发生解封反应，与明胶发生交联反应，提
高了 INGE/MEKO-WPU 的相容性。同时 SEM 也证
明，机械结合与化学交联都有助于木材的粘合。