Page 203 - 《精细化工》2023年第2期

第 2 期 丁李钰，等: 长烷基链对水性聚氨酯在非极性基材上附着力的影响 ·425·

聚氨酯是一种具有良好的力学、抗水解、耐低 为软段主要原料，加入一定量的 BY3026，采用丙酮
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温等性能的高分子材料 。但在合成溶剂型聚氨酯 法 制备出侧链含长烷基链的阴离子型水性聚氨
的过程中会使用许多有毒有害的有机溶剂，破坏自 酯。并考察 BY3026 用量对 WPU 的结构、吸水率、
然环境。因此，环境友好型的水性聚氨酯 （WPU） 力学性能以及在低表面能 BOPP 薄膜上的剥离强度
[2]
越来越受到人们的关注 。目前，WPU 因其具有良 等的影响，为水性油墨在低表面能基材上进一步推
好的柔韧性、耐磨性和黏合性而广泛用于皮革、黏 广应用提供参考。
[4]
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合剂、塑料、纺织品 、水性油墨 、水性木器涂料
1 实验部分
等领域。
由于 WPU 分子链中含有大量的极性基团，与
1.1 试剂与仪器
低极性的基材相容性较差，使其在双向拉伸聚丙烯
PNA（M n=2000），工业品，青岛新宇田化工有限
（BOPP）薄膜等非极性基材上的油墨印刷效果不
公司；BY3026（M n=2500，工业品）、高活性有机铋
佳。为了提高 WPU 在 BOPP 薄膜上的黏结性，可 （工业品），北京佰源化工有限公司；异佛尔酮二异氰
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通过电晕处理、表面接枝 等方法来提高 BOPP 薄
酸酯（IPDI），工业级，德国拜尔公司；1,4-丁二醇
膜的表面极性，也可通过减少聚氨酯分子链上的极
（BDO），分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公
性基团或引入一些低极性基团的方式来降低 WPU
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的表面极性。王正祥等 以聚酯二元醇和甲苯-2,4- 司；2,2-二羟甲基丙酸（DMPA），分析纯，瑞士柏斯
托公司；丙酮（Ac，工业品）、三乙胺（TEA）、乙二
二异氰酸酯为主要原料，引入功能性单体制备了对
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BOPP 薄膜具有优良附着力的 WPU；LEI 等 用 3-(2- 胺（EDA），分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
Nexus-870 型傅里叶变换红外光谱仪，美国
氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷作扩链剂，将烷氧
Nicolet 公司；Q2000 型差示扫描热量仪，美国 TA
基硅烷基团成功引入到 WPU，结果显示，添加该扩
公司；Zetasizer Nano ZS90 纳米粒径电位分析仪，
链剂后可提高 WPU 乳液与 BOPP 薄膜的相容性，
T-剥离强度最高能达到 1.8 N/15 mm；ZHANG 等 [8] 英国 Malven 公司；Kruss DSA30 研究型接触角测量
仪，德国 Kruss 公司；Instron 5967 电子万能材料试
采用含长链烷基的液体聚酯多元醇作为软段制备了
WPU 乳液，结果显示，制备的 WPU 乳液表面张力 验机，美国 Instron 公司。
≤43 mN/m，在 BOPP 膜上的 T-剥离强度最高可达 1.2 WPU 乳液的制备
2.05 N/15 mm。这些研究根据相似相溶原理，通过 保持—NCO 和软段中—OH 物质的量之比
降低 WPU 的表面极性，能够一定程度地提高 WPU 〔n(—NCO)∶n(—OH)〕、总的—NCO 和所有多元
与 BOPP 薄膜的附着力，但是存在原料成本较高， 醇中—OH 物质的量之比（R 值）以及亲水基团含
合成路线较为复杂等不足，不利于实际应用。 量〔w(—COOH)〕不变，改变 BY3026 和 PNA 的
二聚酸聚酯多元醇（BY3026）具有长烷基侧链， 质量比，采用丙酮法制备系列 WPU 乳液，记为
将其引入聚氨酯中，可以提高聚氨酯与非极性材料 BWPU1~BWPU5，具体配方见表 1，合成路线如下
的相容性。本文以常规聚己二酸新戊二醇酯（PNA） 所示。

表 1 WPU 乳液原料组成
Table 1 Raw material composition of WPU emulsion
样品 BY3026/g PNA/g IPDI/g DMPA/g BDO/g TEA/mL EDA/g 固含量/%
BWPU1 0 40.00 15.56 1.93 1.41 2.00 0.81 33.75
BWPU2 12.00 40.00 19.30 2.47 1.69 2.57 1.02 37.91
BWPU3 16.00 40.00 20.54 2.66 1.79 2.76 1.07 38.85
BWPU4 20.00 40.00 21.79 2.84 1.88 2.95 1.15 36.45
BWPU5 24.00 40.00 23.03 3.02 1.97 3.14 1.20 36.17