王 杰，曲文娟，李少香

(青島科技大學 環(huán)境與安全工程學院，山東青島 266042)

MDI類環(huán)保型粘合劑的制備

王 杰，曲文娟，李少香

(青島科技大學 環(huán)境與安全工程學院，山東青島 266042)

采用環(huán)保型環(huán)氧大豆油類增塑劑制備MDI型粘合劑，考察了-NCO含量、增塑劑用量和氣相白炭黑用量對粘合劑的影響。實驗結果表明：隨著-NCO含量的提高，粘合劑的黏度降低，但其固含量和制成樣品的力學性能得到提高；隨著增塑劑用量的增大，粘合劑的黏度和固含量提高，制成樣品的力學性能基本不變，但增塑劑含量超過20%時，粘合劑各方面性能有所下降；當-NCO含量為10%、增塑劑用量為20%、氣相白炭黑用量在0.3%時，粘合劑的物理性能以及制成樣品的力學性能相對最佳，可以滿足使用。

橡膠跑道；環(huán)保增塑劑；MDI；粘合劑

環(huán)保類增塑劑主要包括環(huán)氧類、植物油類、聚酯類、檸檬酸酯類等，其中 環(huán)氧類增塑劑主要包括環(huán)氧大豆油類、環(huán)氧乙烯亞麻油酸甲酯、環(huán)氧糠油酸丁酯、環(huán)氧蠶蛹油酸辛酯、9,10-環(huán)氧硬酯酸辛酯等。環(huán)氧大豆油類增塑劑[3-4]是由天然油脂與有機過氧酸進行環(huán)氧化反應而制得的一類優(yōu)良增塑劑，與主增塑劑DOP、DBP相比，具有無毒、耐熱、遷移少和光穩(wěn)定性好的優(yōu)點[5]，在許多國家被允許用于食品及醫(yī)藥的包裝材料。

目前國內(nèi)外[6-8]在環(huán)氧大豆油類增塑劑的研究偏向于綠色工業(yè)合成、高環(huán)氧量環(huán)氧大豆油的制備以及在塑料、合成樹脂領域應用研究，對在粘合劑使用方面報道較少，尤其是在塑膠跑道應用方面鮮有報道。因此，本文在合成粘合劑過程中使用環(huán)氧大豆油類增塑劑，考察-NCO含量、環(huán)保類增塑劑用量和氣相白炭黑用量的改變對粘合劑的黏度、固含量以及跑道樣品的力學性能的影響，確定制備粘合劑的最佳配比。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

聚醚多元醇(DL2000D)，山東一諾威聚氨酯股份有限公司；液態(tài)MDI，山東藍星東大化工有限公司；環(huán)保類增塑劑(環(huán)氧大豆油類)，市售；氣相白炭黑，山東藍星東大化工有限公司；粘合劑A、B(市售)；橡膠顆粒(粒徑為2～4cm)，煙臺陽光塑膠公司。

1.2 實驗儀器

RVDV-1型數(shù)顯旋轉式黏度計，上海鲹澤實業(yè)有限公司；WDW-20高分子材料拉力測試機，濟南邁捷試驗設備有限公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 粘合劑制備

播種前應做好土壤消毒和種子處理這項基礎工作，能夠將棚內(nèi)土壤病菌和種子帶來的病菌有效消除，最大程度上避免病害的發(fā)生，從而減少用藥和藥害，是生產(chǎn)無公害蔬菜的基本措施之一。

稱取一定量的氣相白炭黑和聚醚多元醇于燒瓶中，120℃下減壓蒸餾脫水1h，降溫至45℃并加入液化MDI，升溫至75℃反應2h，冷卻至45℃，加入環(huán)保增塑劑反應10min 后，制得聚氨酯粘合劑，導熱密封瓶中備用。

1.3.2 跑道樣品的制備

按照質量7：1 稱取橡膠顆粒和制得的粘合劑共60g，混合攪拌均勻，鋪攤于聚四氟乙烯板上，壓實，制備成跑道樣塊，24h后取出，室溫下放置3周。制樣對樣品進行性能測試。

1.4 性能測試

根據(jù)GB/T14833-2011《合成材料跑道面層》對樣品進行性能檢測。

2 結果與討論

2.1 -NCO含量對粘合劑性能的影響

圖1 -NCO含量對粘合劑黏度的影響Fig.1 Effect of the contents of -NCO on viscosity of adhesive

圖2 -NCO含量對粘合劑固含量的影響Fig.2 Effect of the contents of -NCO on solid content of adhesive

如圖1所示，-NCO含量增高時，黏度逐漸降低。因為聚氨酯型粘合劑的黏度對生產(chǎn)工藝和施工工藝有著一定量的影響，黏度太大不利于施工生產(chǎn)，黏度太小不利于與橡膠顆粒的粘結，因此合適的-NCO比例起著重要作用。圖2說明-NCO含量增高時，固含量呈現(xiàn)增長趨勢，由于-NCO含量20%時黏度太低，所以不考慮作為配方的選擇。固含量高的粘合劑意味著偏低的收縮率，雖然利于增加粘結件和接觸物的連接，但是同時也會導致施工困難。綜合考慮粘合劑的黏度和固含量需求，-NCO含量為10%～12%時相對較優(yōu)。

2.2 增塑劑含量對粘合劑性能的影響

圖3 增塑劑含量對粘合劑黏度的影響Fig.3 Effect of the content of plasticizers on viscosity of adhesive

圖4 增塑劑含量對粘合劑固含量的影響Fig.4 Effect of the content of plasticizers on solid content of adhesive

如圖3所示，粘合劑黏度隨著增塑劑含量的增加基本不變，但隨著增塑劑含量過大時，粘合劑黏度開始下降。如圖4所示，粘合劑固含量隨著增塑劑含量的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，但當增塑劑含量超過20%時，固含量呈現(xiàn)減小的趨勢。增塑劑含量提高不但會使粘合劑的固含量和黏度降低，也會導致粘合劑的成本降低。但是黏度過低，制品的機械強度越低。綜合考慮各項因素，增塑劑含量16%-20%時相對較優(yōu)。

2.3 氣相白炭黑含量對粘合劑性能的影響

如圖5所示，隨著氣相白炭黑添加量增加時，粘合劑黏度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，固含量呈現(xiàn)上升趨勢。這是由于氣相白炭黑粒徑很小，但是表面吸附能力強，表面能相對較大，對整個體系具有一定的穩(wěn)定性能。綜合考慮粘合劑的黏度和固含量，選擇氣相白炭黑含量為0.3%相對較優(yōu)。

圖5 氣相白炭黑用量和粘合劑黏度和固含量的關系Fig.5 Effect of the content of nano-white carbon black on viscosity and solid content of adhesive

2.4 各組分含量變化對跑道樣板拉伸性能的影響

控制單一變量，分別選取各組分相對較優(yōu)比例制作樣板，并測試拉伸性能如表1～表3所示。

表1 -NCO含量對樣品最大 拉力和拉伸強度的影響Table 1 Effect of the content of -NCO on maximum tension and tensile strength of samples

如表1所示，當-NCO含量增高時，樣品最大拉力增高，拉伸強度隨著最大拉力的增高而增高。這是由于當-NCO含量上升時，會使聚氨酯中硬段含量上升，序列長度增加，而聚氨酯中硬段長度決定了回彈性和強度。但是當-NCO含量過高時，成本也會相應增加，由于-NCO含量超過10%時上升幅度較低，所以選擇10%作為產(chǎn)品-NCO的最優(yōu)比例。

表2 氣相白炭黑含量對樣品 最大拉力和拉伸強度的影響Table 2 Effect of the content of nano-white carbon black on maximum tension and tensile strength of samples

如表2所示，當氣相白炭黑含量增高時，樣品最大拉力增高，這是因為氣相白炭黑具有優(yōu)異的補強性，樣品中添加氣相白炭黑可提高樣品整體拉伸強度。但是，氣相白炭黑含量超過0.2%，合成出的粘合劑會輕微變白、不透明，制成的樣品也會發(fā)白，觀賞效果不佳?？紤]到氣相白炭黑對粘合劑的黏度和固含量的影響，選擇0.3%作為氣相白炭黑的最優(yōu)比例。

表3 增塑劑含量對樣品最大拉力和拉伸強度的影響Table 3 Effect of the content of plasticizers on maximum tension and tensile strength of samples

如表3所示，當增塑劑含量增高時，樣品拉伸強度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。這是由于雖然增塑劑可以提高粘合劑的柔韌性但其本身還是提高整個體系的塑形，用量過多會導致材料變脆，拉伸強度略微下降。在工廠中，增塑劑含量不一般超過20%?？紤]到增塑劑成本較低，因此選擇20%作為產(chǎn)品增塑劑的最優(yōu)比例。

表4 與其他樣品性能的比較Table 4 Compared with other samples' properties

根據(jù)表1～表3選取-NCO含量10%、增塑劑20%、氣相白炭黑0.3%作為最優(yōu)產(chǎn)品的比例制成樣品，并選取兩種市售粘合劑A、B做成樣品，分別為Sample1-3，如表4所示。由表4可知，根據(jù)最優(yōu)配比制成的樣品的最大拉力和拉伸強度都比市售的兩種樣品要高，說明與添加鄰苯酯類增塑劑的產(chǎn)品相比，本文最優(yōu)比例的環(huán)保型增塑劑的力學性能要高一些。

3 結論

本文合成時添加環(huán)保類增塑劑，通過改變各組分比例研究了添加環(huán)保類增塑劑時，添加不同比例組分對粘合劑的影響。實驗結果證明，-NCO含量增高時，固含量增高，黏度和樣品拉伸強度降低；當增塑劑含量提高時，樣品拉伸強度先增加后減小，粘合劑的黏度和固含量增高，但用量超過20%時，整體性能下降；當氣相白炭黑含量增高時，黏度和拉伸強度提高，固含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。并根據(jù)實驗結果選擇-NCO含量10%、增塑劑20%、氣相白炭黑0.3%作為最優(yōu)產(chǎn)品的比例，且與其他公司產(chǎn)品相比，具備良好性能。

[1] 孫清峰, 鞠偉坦. MDI 型單組分聚氨酯粘合劑的研制[J]. 中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會鋪裝材料專業(yè)委員會第一屆聚氨酯鋪裝材料行業(yè)生產(chǎn)、科研、技術交流會論文集, 2011.

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(本文文獻格式：王 杰，曲文娟，李少香.MDI類環(huán)保型粘合劑的制備[J].山東化工，2017，46(12)：21-23，26.)

Preparation of MDI-based environmental adhesive

WangJie,QuWenjuan,LiShaoxiang

(Qingdao University of science and technology, College of Environment and Safety Engineering, Qingdao 266042 China)

The MDI-based adhesive were prepared by using environmental epoxidized soybean oil as plasticizers, the influence of the contents of -NCO and plasticizer contents and nano-white carbon black on the adhesive were studied. The result showed that the viscosity was decrease when -NCO contents were improved, but it could increase the solid content of adhesive and mechanical properties. The viscosity and solid content of adhesive were incline when plasticizer contents were enhanced, meanwhile, the mechanical properties of the samples were almost invariant; But all performance were declined when the plasticizer contents more than 20%; When the contents of nano-white carbon black were 0.3%, plasticizer contents were 20%, -NCO contents were 10%, the physical performance and the properties of samples met the requirements.

rubber track; environmental plasticizers; MDI; adhesive

2017-04-08

王 杰(1993—)，碩士研究生在讀，主要從事阻燃涂料、粘合劑制備研究。

TQ437+.9

A

1008-021X(2017)12-00021-03