溶剂型聚氨酯胶粘剂由于含有挥发性有机化合物,其使用越来越受到限制,而水性聚氨酯胶粘剂以水为分散介质,克服了溶剂型聚氨酯胶粘剂有毒、易燃、异味、易造成污染等缺点,因而日益受到人们的重视。然而,未改性的水性聚氨酯性能不佳,主要表现为对非极性基材润湿性差、粘接强度低、初粘力低等缺点,不能满足复合软包装领域对胶粘剂的要求。 本文以聚已内酯二醇、甲苯二异氰酸酯为基料,以三羟甲基丙烷为内交联剂,采用环氧树脂和松香同时对水性聚氨酯进行改性,制备出多重改性的聚氨酯复合乳液,用该复合乳液制成的水性聚氨酯胶粘剂,对非极性基材湿润性好、初粘力高、干燥速度快,可满足复合软包装领域对胶粘剂的需要。 研究了反应温度、时间、分散速度等因素对乳液性能的影响,考察了[-NCO]/[-OH]总摩尔比、中和度、1,4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺、三羟甲基丙烷(TMP)、环氧树脂及松香用量对复合乳液性能的影响。确定了较佳工艺条件。对多重改性聚氨酯复合乳液稳定性机理分析和研究发现,改性后乳液平均粒径增大,分布变宽,粘度降低,但ζ电位升高。两者的机械稳定性、电解质稳定性、冻融稳定性、贮存稳定性相近,但高温稳定性有所提高。 采用傅立叶变换红外光谱、凝胶渗透色谱、马尔文粒度分析仪、综合量热分析仪对多重改性的聚氨酯复合乳液结构和性能进行了表征。傅立叶变换红外光谱分析表明,-NCO基与环氧树脂中的羟基反应生成了氨基甲酸酯基,同时环氧基进行了开环反应,环氧树脂接枝到聚氨酯分子上。粒径分析表明,环氧树脂和松香含量增大,都会导致乳液粒径增大。TEM观察发现,改性后聚氨酯乳液的乳胶粒形态变化不大。但乳胶粒的大小则变得大小不一。GPC分析表明,改性后水性聚氨酯的相对分子质量较未改性聚氨酯乳液变化不大,但分子量分布变宽；DSC分析表明,改性后聚氨酯的软段玻璃化转变温度升高,没有出现环氧树脂或松香的玻璃化转变温度,说明环氧树脂、松香与聚氨酯有良好的相容性。 对多重改性水性聚氨酯胶膜的力学性能进行了研究,结果表明,环氧树脂、松香、TMP含量对水性聚氨酯胶膜的力学性能影响很大。环氧树脂的引入增加了水性聚氨酯胶膜的韧性；向聚氨酯体系中引入松香降低了聚氨酯分子间的内聚力,从而使胶膜的杨氏模量和拉伸强度有所降低,而断裂伸长率有所增加；三羟甲基丙烷可大大提高水性聚氨酯胶膜的杨氏模量及拉伸强度。耐水性研究表明,改性聚氨酯乳液胶膜的耐水性大大提高,吸水率降低；耐热性研究表明,在相同的温度,多重改性水性聚氨酯胶膜的失重比纯聚氨酯胶膜的要小,改性后其玻璃化转变温度也有所提高,这说明改性后聚氨酯乳液胶膜的耐热性有了改善。多重改性水性聚氨酯胶粘剂粘接机理研究发现,多重改性水性聚氨酯胶粘剂对经过电晕处理的聚烯烃薄膜表面润湿性良好,润湿速度快,并且存在着广泛的氢键,因此多重改性聚氨酯乳液和聚烯烃表面存在着较强的吸附作用；通过外加偶联剂已二酰肼,胶粘剂和聚烯烃表面产生了化学键力,强化了胶粘剂对聚烯烃表面的粘接效果。此外,聚氨酯胶粘剂和聚烯烃表面也可能存在扩散作用。正是这些因素的共同作用,使水性聚氨酯胶粘剂对聚烯烃薄膜表面形成了良好的粘接。粘接影响因素分析表明,环氧树脂对聚氨酯胶粘剂的初粘性没有明显影响,但对T型剥离强度有显著影响；随松香用量的增加,聚氨酯胶粘剂的初粘力和T型剥离强度均出现峰值；在实验范围内,TMP用量越大,聚氨酯胶粘剂的剥离强度越大。 以多重改性聚氨酯复合乳液配制出软包装用水性聚氨酯胶粘剂,研究发现以多重改性聚氨酯复合乳液为基料,配以0.3％的消泡剂,0.5％润湿剂,0.5％偶联剂已二酰肼ADH可制得性能较佳的复合软包装用胶粘剂。在多次小试基础上,进行中试试验,中试产品经多家用户试用,认为其性能与国外同类水性产品相当,建议工业化生产。