水性聚氨酯适用于复合薄膜制备,其性能甚至比溶剂型的还好。国外对水性聚氨酯作复合薄膜用胶有不断的研究成果出现,而较简单的制备方法大多是丙酮法。例如1999年Fricke等发明的作复合包装薄膜用胶的水性聚氨酯胶粘剂的制备方法:以0.15molDMPA为阴离子型亲水性扩链剂,将0.25molTDI和0.1molPPG(羟值:56)混合,加入0.1g二月桂酸二丁基锡做催化剂,在95℃下反应5小时,然后降温至30℃,加入200g丙酮和三乙胺成盐,再用410g水搅拌混合进行乳化,最后蒸出丙酮溶剂,得到适用于软包装复合薄膜用胶[7]。此法相对简便,重现性佳,得到粒径为10nm~5000nm的线性水性聚氨酯。产品相对分子质量高、品质优。因是非交联型,耐溶剂性差;使用大量低沸点丙酮(40%~70%),安全性和经济性欠佳。除了丙酮法,制备水性聚氨酯胶粘剂的另一主要方法是预聚体法。预聚体混合法勿需大量溶剂,正是环保迫切要求的。
目前,预聚体法已成为工业上生产胶粘剂较成熟的方法。首先在制备端异氰酸酯聚氨酯预聚体同时引入离子基团,中和后生成离聚物,然后在搅拌下加入水。此时,发生两种现象。一是聚氨酯预聚物在水中分散成水性聚氨酯,二是端异氰酸酯基团与水反应,使聚氨酯分子扩链。若反应控制不当,极易产生凝胶。为此,常用脂肪族异氰酸酯合成预聚体,它们的反应活性较低,在水中反应缓和,且所得产品耐光性能突出,粘接性能也不差。将280g聚(酯-醚)二醇(分子量2000)和15.4gDMPA与11.3g三乙胺,29.4gMDI,11.1gIPDI和36.6gTMXDI,于70℃反应3小时,所生成的已中和的异氰酸酯接尾的预聚物在快速搅拌下分散于557g水中,然后慢慢加入3.05g乙醇胺和4.8g乙二胺在30g水中的溶液。得到一个稳定的半透明的水性聚氨酯分散液,此水性聚氨酯分散液,用滚筒涂在表面经处理的聚丙烯、聚乙烯、聚酯和铝箔等薄膜上,干燥,热复合,有良好的粘接性质。
但是目前国内异氰酸酯可选用的品种极少,限制了聚氨酯胶粘剂的发展。耐光型的脂肪族异氰酸酯如HDI、IP DI、H12MDI等在国外聚氨酯胶粘剂产品中应用较广的原料,国内只有少数品种小批量试产,而这些量少价高原料进口渠道也不畅。因此国内大多数仅用TDI为二异氰酸酯原料。水性聚氨酯胶粘剂做复合薄膜用胶在我国还处于起步阶段,但随着我国环保法规以及对食品、医药等包装要求的日趋严格,水性聚氨酯胶粘剂替代溶剂型
聚氨酯胶粘剂应用于复合薄膜制备的趋势会越来越明显。2001年,美国罗门哈斯公司将其在欧美市场取得巨大成功的水性复合胶粘剂引入中国市场,为中国的食品包装行业带来了一场环保革命。罗门哈斯公司的水性胶粘剂主要有单组分和双组分两大系列产品。单组分产品上胶时无需配比,可直接使用,工艺简单、成本低、效率高,所生产的复合包装材料透明度极佳;成品不需熟化即可进行分切、制袋等后加工,尤其适合食品厂家缩短供货周期的需要.此外,水性单组分胶粘剂的通用性较好,可用于如膨化食晶、饼干、糖果、调味品以及药品等轻质包装领域。而双组分水性胶粘剂在剥高强度、耐热和耐化学品性能等技术难题上有所突破。目前罗门哈斯公司90%以上的胶粘剂均为水性产品,在中国市场正以15%~20%的速度增长。
随着人们对生活质量要求的不断提高,集技术与环保优势的水性聚氨酯粘合剂将成为食品包装材料的必然选择。因此,跟踪国际先进技术,开发应用于此领域的水性聚氨酯胶粘剂将是今后应积极开展的工作。特别是今后可着重于聚酯型聚氨酯胶粘剂及脂肪族异氰酸酯为基础的不泛黄型聚氨酯胶粘剂的开发。
