纳米碳酸钙在湿固化聚氨酯热熔胶中,的应用研究.pdf

纳米碳酸钙在湿固化聚氨酯热熔胶中的应用研究Z 卜f A J l E 2 D D 5 2 6 8 纳米碳酸钙在湿固化聚氨酯热熔胶中 的应用研究 赵飞 顾继友 李晓平 东北林业大学材料科学与翻翟学院 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 4 摘要 对纳米碳酸钙在湿固化聚氨酯热熔胶中的应用效果进行了初步的研究 结果表明 纳米碳酸钙的加入 可以提高湿固化聚氨酯热熔胶的固化速度和初始强度 关键词 纳采材料 聚氨酯 湿固化 热熔胶 碳酸钙 中圈分类号 T Q 4 3 6 4 文献标识码 A 文章编号 J 0 l 一5 9 2 2 2 0 0 5 0 6 0 0 2 4 0 2 纳米碳酸钙是鲋米材料中最为廉价的 种 在橡胶 塑料 造纸 涂料 粘合剂 油墨 医药等工业应用中均表现出 远胜于普通碳酸钙的特性 已经引起I 广泛的研究兴趣 但 对其在胶粘剂方面的应用研究甚少 目前 国外 已将纳米 s i 0 作为添加剂加入到密封胶和粘合刑中 使其密封性和粘 合性都大为提高 本文将纳米碳酸钙作为填料加入到湿固 化聚氨酯热熔胶中 对其产生的影响进行了初步的研究 并 与普通轻质碳酸钙进行了对比 1实验方法 1 1 基体树脂的合成 首先将多元醇于真空干燥箱内在1 2 0 进行2h 的真空 脱水 降温至8 0 9 0 按计量加入分体式反应釜内 再加 入多异氰酸酯 密封后升温 进行缓慢搅拌 待温度升至8 0 9 0 时 计时保温 同时进行匀速搅拌 直至达到反应终 点 最后 将反应温度升至l o o 1 1 0 加入碳酸钙并快速 搅拌均匀 1 2 性能测试 定位时间 试件施胶后 迅速施压 通过压力的调整使胶 层的厚度控制在0 1m m 左右 同时开始计时 至手剥不开的 时间为定位时间 s 粘性保持期 将0 1m m 厚的胶涂于光滑的平板上 记录 胶层表面保持粘性的时间 s 初粘强度 将试件于室内环境 R H 6 0 t 2 3 中 放置1 0m i n 后的压缩剪切强度 M P a 测试试件材质为水 曲柳 并参照日本正业标准 J I sK6 8 5 2 1 9 9 4 进行测试 终 粘强度的测试与此相同 终粘强度 将试件于室内环境 R H 6 0 t 2 3 中 放置1 4d 后韵压缩剪切强度 M P a 由于本组实验制得的热熔胶在9 0 1 1 0q C 黏度低于 3 0 0 0 0m P a s 的施胶范围内 均不会对涂布工艺产生较大 收稿日期 2 0 0 4 一0 8 2 0 作者简介 赵飞 1 9 7 8 一 男 2 0 0 2 年毕业于东北林业大学 现在 读硕士研究生 2 4 的影响 西此不再对其黏度进行测定 但总的趋势是 随着碳 酸钙用量的增加 体系的黏度逐渐增加 1 3 纳米碳酸钙的制备工艺与理化性能 目前 纳米碳酸钙的生产一般是将优质的石灰石矿石煅 烧 生成氧化钙和二氧化碳 将氧化钙加水消化 并在高剪切 力作用下使其分散形成氢氧化钙悬浮液 然后通入经过净化 的二氧化碳气体 使氢氧化钙碳化 形成碳酸钙浆液 最后进 行脱水 干燥 得到所要求的纳米碳酸钙产品 2 为r 避免 产品在贮运过程中发生团聚而影响其使用性能 一般在碳化 过程中加入某些改性剂 对其进行表面处理 生产纳米碳酸 钙与普通轻质碳酸钙 简称轻钙 的主要区别是 碳化反应与 结晶过程的控制 即产品粒度及其分布的控制 在整个碳化过程中 由于碳酸钙浆液中存在众多的酸碱 平衡和溶解平衡 1 所以碳化反应与表面处理无法进行彻 底 导致了氢氧化钙和氧化钙等游离碱的残留 4 1 所以制 得的纳米碳酸钙一般呈现弱碱性 这必然会对湿固化聚氨酯 热熔胶的性能产生一定的影响 纳米碳酸钙与普通轻钙的 理化性能如表1 所示 T a b 1 P h y s i c a Ia n dc h e m I c a lp r O p e n I e s0 fn a n O a n d n o r m a I i g h t c a J c I u mc a r b o n a t e 表1纳米碳酸钙和普通轻质碳酸钙的物理化学性质 项目纳米碳酸钙普通轻钙 外观白色粉末白色粉末 相对密度 2 5 52 7 平竭粒经 4 0n 南 t 一 3 斗矗 比表面积 m 2 g 2 4 一 白度 9 8 9 0 粒子形状立方体呈链 一 晶型方解石结构 一 酸碱度 p H 8 7 9 5 9 5 l O 5 表面处理脂肪酸 一 活化率 9 5 一 游离碱 院C a o 计 一 O 1 0 万方数据万方数据 研究报告及专论粘接嬲 2 艿 6 2 结果与讨论 2 1 纳米碳酸钙用量对固化速度的影响 湿固化聚氨酯热熔胶的固化速度是衡量其性能的一项 重要指标 固化速度的快慢主要与预聚体内软段的类型和1 体 系的酸碱特性有关 由于纳米碳酸钙属于弱碱性填料 所以 它的加入势必会对胶粘剂的固化速度产生一定的影响 由此 我们考查了纳米碳酸钙的用量与固化速度的关系 检测结果 如图1 所示 曼 例 噬 躲 趟 2T 一2 0 I 一 O5 0 0 010 0 0 0 15 0 0 02 0 0 0 02 5 0 0 0 固化时间 n l i n F i g 1C u r n gr a t eo fm O i s t u r e c u 阿b l eP UH M Av s n a n O c a I C i u mc a r b O n a t ea m O u n t 图1湿固化聚氨酯热熔胶的固化速度随纳米碳酸钙用量的变化 由图l 可以看出 纳米碳酸钙的加入能够提高湿固化聚 氨酯热熔胶的固化速度 并且随着其用量的增加 提高的幅 度会逐渐增加 这主要是由于碱性的碳酸钙催化了异氰酸酯 的交联反应 形成了高内聚能的取代脲和脲基甲酸酯等物 质 从而提高了胶粘剂的内聚强度 但同时我们也可以看 到 纳米碳酸钙的加入并没有起到补强的作用 反而降低了 胶粘剂的终粘强度 这可能是由于它在预聚体内分散不够均 匀 形成了过多的界面缺陷造成的 一 为了进一步验证这种碱性催化的作用 我们采用了碱性 更强的轻钙 并与此进行了对比 检测结果如图2 所示 05 0 0 0 1 0 0 0 01 5 0 0 02 0 0 0 02 5 0 0 0 固化时间 m i n F i g 2C O m p a r I s O nO fc u n gr a t eO fm o i s t u r e c u r a b I e P UH M Af O rn a n O a n dn O r m a lI I g h tc a I c i u mc a r b O n a t e 图2 纳米碳酸钙和普通轻钙对湿固化 聚氨酯热熔胶固化速度的影响对比 由图2 可见 在添加量相同的情况下 轻钙的催化效果 大于纳米碳酸钙 这说明随着体系碱性的增强 胶粘剂的固 化速度及粘接强度均会得到相应的提高 这主要是由于纳米 碳酸钙的表面处理降低了其表面的碱性和吸湿特性 2 2 纳米碳酸钙用量对其他性能的影响 湿固化聚氨酯热熔胶的其他一些重要指标还包括初粘 强度 固化时间和粘性保持期等 它们与纳米碳酸钙和普通 轻钙用量之问的关系如表2 所示 由表2 可以看出 纳米碳酸钙和普通轻钙的加入均可以 提高湿固化聚氨酯热熔胶的初粘强度 不同的是 随纳米碳 酸钙加入量的增加 热熔胶的初粘强度是逐渐增加的 而普 通轻钙则与之相反 这可能是由于纳米碳酸钙的表面处理改 变了碳酸钙表面的亲水疏油性 从而提高了它与聚合物基体 之间的相容性 减少了界面缺陷的存在 而未经表面处理的 轻钙在有机高聚物内无法实现良好的分散 存在较多的界面 缺陷 并且随着其填充量的增加 这些缺陷会更加明显 致使 热熔胶的初粘强度不断降低 另外 纳米碳酸钙和普通轻钙的加入均可耗散预聚物的 结晶热 有利于结晶网络在基材上取向 从而提高了热熔胶 的湿润性 并缩短了其固化时间和粘性保持期 T a b 2E 仟e c tO fa m O u n tO fn a n O a n dn O r m a 卜l i g h t c a I c i u m c a r b O n a t eO na d h e s V i ep r O d u dp r O p e r t i e s 表2 纳米碳酸钙和普通轻钙用 与产品性能的关系 3 结论 1 碳酸钙的加入对于取代脲等物质的生成反应具有催 化作用 从而提高了湿固化聚氨酯热熔胶的固化速度 至于 这种固体碱催化的动力学特征还有待于进一步深入研究 2 虽然纳米碳酸钙与普通轻钙相比具有较好的应用效 果 但它的碱性可能对热熔胶带来不良影响 因此 中性纳米 活性材料将有望成为湿固化聚氨酯热熔胶的良好填料 参考文献 1 颜鑫 刘跃进 王佩良 我国超细碳酸钙生产技术现状 应 用前景与发展趋势 J 中国粉体技术 2 0 0 2 8 4 3 8 2 魏绍东 纳米碳酸钙的生产 J 安徽化工 2 0 0 3 6 2 5 3 潘鹤林 徐志珍 碳酸钙表面处理工艺研究及机理探讨 J 无机盐工业 1 9 9 7 4 1 3 1 4 4 刘立华 关鲁雄 卷烟纸专用轻质碳酸钙生产结晶控制 与表面改性 J 现代化工 2 0 0 l 2 1 4 3 1 3 2 5 胡庆福 刘宝树 胡晓波 牙膏级轻质碳酸钙的市场与开 发 J 日用化学品科学 2 0 0 2 2 5 6 3 下转第3 6 页 2 5 8 6 i 8 6 4 2 0 套毒埘啦帆嗵 万方数据万方数据 书籍装订用热熔胶的现状及发展前景ZHANJlE2 0 0 5 2 6 1 6 4结束语 目前较通用的E V A 类热熔胶应提高产品质量 还应着力 研发潜力巨大的聚氨酯热熔胶 反应型聚氨酯热熔胶 易于 废纸回收的热熔胶等 国内高档胶未能大量应用的关键 一 是缺少实用技术 二是生产 输送 贮运和施胶的设备不配 套 当然 成本较高也是制约因素之一 我国大的热熔胶企 业应有自己的开发队伍和设施 目前许多研究人员正在努 力攻关 这一潜在市场可望被逐渐开拓m 参考文献 1 赵竹仙 书刊装订用热熔胶的性能及其应用 J 印刷世 界 2 0 0 3 9 3 9 4 1 2 章志燕 E V A 热熔胶的应用 J 印刷杂志 2 0 0 1 2 4 4 4 6 3 李绍雄 刘益军 聚氨酯胶粘剂 M 北京 化学工业出 版社 1 9 9 8 1 2 4 向明 蓝方 陈宁 热熔粘合剂 M 北京 化学工业出版 社 2 0 0 2 8 4 8 6 5 D L 贝特曼 热熔胶粘剂 M 北京 轻工业出版社 1 9 8 9 2 4 5 2 4 6 6 盂宪铎 等 热熔型胶粘剂薄膜的生产方法 P C N l 0 7 1 6 7 9 A 1 9 9 3 m 5 旬5 7 W 1 u j 锄H e t 丑1 H o t m e l ta d l l e s i v ec o m p o s i t i o n s P w 0 9 6 1 7 0 2 9 1 9 9 6 D 6 舶 8 K a I l gY a I l g e ta 1 c a t a l y z e dr e a c t i v e h o tm e l t s P u S 6 0 2 0 4 2 9 2 0 0 0 0 2 0 1 9 M a i t z e ta 1 H e a t r e s i s t a n ta n dn 锄e r e t a r d a n to rn a m e p m o f P u Rh o tm e l ta d h e s i v e P E P5 8 7 9 4 2 1 9 9 4 旬3 2 3 1 0 G r e 删J A n d e r s o n e ta 1 T h e m a l l ys t a b l eh o tm e l t m o i s t u r e c u r ep o l y u r e t h a n ea d h e s i v ec o m p o s i t i o n P U S P 5 9 3 9 4 9 1 9 1 9 9 9 旬8 1 7 11 T a k a d a e ta 1 M o i s t u r e c u r a b l eh o t m e l ta d h e s i v ec o m p o s i t i o n P U S P 4 9 8 5 5 3 5 1 9 9 1D 1 1 5 1 2 傅玉英 鞋用单组分湿固化聚氨酯反应型热熔胶的研制 J 中国胶粘剂 1 9 9 1 1 4 7 1 3 L e e s h a n g M o i s t u r ec u r a b l e1 0 0 s o l i d so n ec o m p o n e n t p l y w o o da d h e s i v e P u s5 6 4 3 9 8 3 1 9 9 7 1 一1 1 4 H e l m e k e M a r i e t t aB Z i m m e l J o h nM M a i t z F r 舳z H i g hm o i s t u r ev a p o rt r a n s m i s 8 i o nh o tm e l t m o i s t u r ee u r e p o l y u r e t h a n ea d h e s i v e P u s5 8 6 9 5 9 3 1 9 9 9 2 9 1 5 G i l c h e t 越 M o i s t u r e c u r i n gh o t m e l tp o l y u r e t h a n ea d h e s i v ec o m p o s i t i o n s P E P4 0 5 7 2 1 1 9 9 1 0 l 0 2 1 6 J u l i e B S a m m se t T P U Sf b ru s ei nn o n s o l v e n t b a s e da d h e s i v et e c h n o l o 西e s J a d h e s i v e sA g e 1 9 9 8 4 l 7 1 8 1 7 刘益军 口恶唑烷在聚氨酯中的应用 J 聚氯酯工业 1 9 9 9 1 4 3 1 1 8 M a n i n B r i a n M u e h 1 d J u l i eA P o l y u r e t h 8 n eh o tm e l t a d h e s i v efP U S5 6 1 8 9 0 4 1 9 9 7 4 名 1 9 徐海生 封闭型单组分聚氨酯胶粘剂及其应用初探 J 聚氨酯工业 1 9 9 7 1 2 2 1 1 2 0 李绍雄 等 聚氨酯树脂及应用 M 北京 化学工业出 版社 2 0 0 0 4 1 3 4 1 9 2 1 李子东 等 现代胶粘技术手册 M 北京 新时代出版 社 2 0 0 1 1 9 4 2 n P r e s e n ts t a t u sa n dp r o s p e c to fd e V e l o p m e n to fH M Af o rb o o kb i n m n g s D UY i n g D A IP i n g W E IK e n i a n J i a n g s uP o l y t e c h n i cu n i v e r s i t y C h a n g z h o u J i a n g s u2 1 3 0 1 6 C h i n a A b s t r a c t T h ep r e s e n ts t a t u so fd o m e s t i ca n do v 钟s e ah o tm e l ta d h e s i v e s H M A f b o o kb i n d i n g sw a ss u m m 撕z e di nt h i sp 印e r 7 1 1 l em e r i ta n ds h o r t c o m i n gf o rm o s t l yu s e dE V At y p eh o tm e l ta d h e s i v e sw a si n t m d u c e da n das u p e r i o rh o tm e l ta d h e s i v e sf o rt h eb o o k b i n d i n g s p o l y u r e t h a n eh o tm e l ta d h e 8 i v e sw a sp u tf o r w a r da g a i n s tt ot h es h o r t c o m i n g so fE V AH M A T h ef u n c t i o n c h 锄c t e r i s t i c s c l a s s i 6 c a t i o n u s a g e s 肌ds o m ep r o g r e s s e so ft h er e s e a r c ho fp o l y u r e t h a n eH M Aw e r ed i s c u s s e d a n dt h ed e v e l o p m e n to fb o o kb i n d i n g s a d h e s i v e sf r o mn o ww a sf o r e c a s t e da c c o r d i n gt ot h ea c t u a lc i r c u m s t a n c eo fo u rc o u n t r y 1 e yw o r d s b o o kb i n d i n g h o tm e l ta d h e s i v e s p o l y u r e t h a n e 上接第2 5 页 A p p l i C a t i o no fn a n o c a l c i u mc a I b o n a t ei nr e a c t i V eh o tm e l ta d h e s i V e Z H A 0F e i G UJ i y o u L IX i a o p i n g M a t e 五a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gC o l l e g e N o r t h e a s tF o r e s t r yU n i v e r s i t y H a r b i n1 5 0 0 4 0 A b s t 舶c t T h ea p p l i c a t i o ne 如c to fn 8 n o c a l c i u mc a r b o n a t ei nt h em o i s t u r e c u r a b l ep o l y u r e t h a n eh o tm e l ta d h e s i v ew a ss t u d i e d T h e r e s u l t ss h o w e dt h a t i nc o m p a r i s o nw i t hn o 珊a ll 培h tc 8 l c i u mc a r b o n a t e i n t m