随着人们生活水平的不断提高，软木制品的应用范围越来越广，其中合成胶合板因其价格低廉、外观纹理可设计等优点在建筑行业的应用越来越多，常常作为装饰品通过胶黏剂贴合在钢板外层，以增强钢板美观性和适用性[1-3]。聚氨酯是具有氨基甲酸酯官能团和异氰酸酯基的高分子长链聚合物，具有很强的极性、化学活性、较好的吸附和黏附性能[2, 4]。聚氨酯胶黏剂的耐疲劳性能和耐候性能较为突出，在金属加工、电子行业和建筑行业等方面应用较为广泛[5-6]。双组分聚氨酯胶黏剂可根据实际反应温度和反应时间，通过调整组分配比，将二者混合应用于钢铁和胶合板的胶黏[7]。本实验选用多苯基多亚甲基异氰酸酯和聚乙二醇单甲醚等作为聚氨酯反应A组分、聚醚多元醇和碳酸钙等材料作为聚氨酯反应B组分，研究不同的双组分比例制备聚氨酯反应前驱体混合后制备的聚氨酯发泡胶黏剂在钢板和胶合板的黏结性能。1实验部分1.1主要原料多苯基多亚甲基异氰酸酯，PM-300，湖北鑫润德化工有限公司；聚乙二醇单甲醚，PEG-400，天津市光复精细化工研究所；聚氧化丙烯二醇，DL-2000，济宁华凯树脂有限公司；聚醚二元醇，PPG-200，广州市润宏化工有限公司；聚醚三元醇，POP-3045，广州市润宏化工有限公司；分散剂，BYK-2025，重庆凯茵化工有限公司；碳酸钙，国药集团化学试剂有限公司；延迟性三乙烯二胺型催化剂，DABCO-8154，国药集团化学试剂有限公司；甲基膦酸二甲酯阻燃剂，DMMP，青岛联美化工有限公司。1.2仪器与设备傅里叶红外光谱仪，VERTEX70，德国Bruker公司；扫描电子显微镜(SEM)，JSM-IT100，日本电子株式会社；水平垂直燃烧仪，CZF，南京江宁区分析仪器厂；旋转黏度计，NXA-11，方瑞仪器公司；拉力试验机，YC-121A，上海宇涵机械有限公司；高速混合搅拌机，DISPERMAT R30，德国VMA-Getzmann公司；旋片式真空泵，2BEA，上海飞鲁泵业科技有限公司。1.3样品制备1.3.1A组分的制备称量3 g聚乙二醇单甲醚和3 g聚氧化丙烯二醇置于三口烧瓶中，放入搅拌转子并加热至110 ℃搅拌4 h。降温至60 ℃，加入300 g的多苯基多亚甲基异氰酸酯反应4 h。将此反应产物记为A组分。1.3.2B组分的制备将20 g聚醚二元醇和30 g的聚醚三元醇混合后，向体系中加入0.1 g的分散剂并继续搅拌均匀，向体系中加入碳酸钙50 g，使体系混合均匀。继续加入1.5 g的延迟性三乙烯二胺型催化剂和5 g的甲基磷酸二甲酯阻燃剂。将此反应产物记为B组分。1.3.3胶黏剂的配制表1为A组分和B组分的配比。将混合后的组分分别涂抹在不锈钢钢板和合成胶合板上，在干燥箱中于90 ℃下进行反应[8]。图1为聚氨酯发泡胶黏剂的反应原理。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.T001表1A组分和B组分的配比Tab.1Basic proportion of A and B配方abcdA组分1235B组分5555gg10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F001图1聚氨酯发泡胶黏剂的反应机理Fig.1Reaction mechanism of polyurethane1.4性能测试与表征双组分聚氨酯的固化时间和硬度测试：观察A、B组分混合后在室温下的表面干燥时间和双组分完全反应固化变硬时间；按GB/T 532—1999测试聚氨酯的硬度。FTIR测试：波长范围为400~4 000 cm-1。SEM分析：对聚氨酯发泡胶黏剂的断面喷金后观察样品形貌。阻燃性能测试：样品尺寸为20 cm ×2 cm×0.5 cm，采用甲烷作为燃料，使用垂直燃烧仪进行测试，每组样品施加火焰燃烧时间均为30 s，燃烧结束后自动退火观察样品燃烧情况。剪切强度测试：样品尺寸为150 mm×25 mm×2 mm，80 ℃继续固化反应48 h，测试速度为10 mm/min。黏结性能测试：将胶黏板加热至40 ℃，观察30 d内胶黏板的开裂情况。平拉性能测试：按GB/T 1452—2005进行测试。样品尺寸为60 mm×60 mm，拉伸速度为2 mm/min。2结果与讨论2.1聚氨酯反应分析图2为相同质量同时放置在相同环境中的不同A组分和B组分完全反应固化后的聚氨酯胶黏剂。从图2可以看出，随着A组分所占含量的增多，完全反应后的聚氨酯形成的固体形貌越大。这是由于A组分中含有多苯基多亚甲基异氰酸酯，其含量增加导致与聚醚多元醇反应产生的气体增多，形成的多气孔结构也越多，有利于应用于钢板和胶合板之间的结合[9]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F002图2不同A组分和B组分配比制备的聚氨酯实物图Fig.2Images of polyurethane prepared with different formula of A and B components表2为双组分混合后制备聚氨酯形成的表干时间和完全反应固化的时间以及最终产物的硬度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.T002表2双组分配比对表面干燥时间、固化时间和硬度的影响Tab.2Influence of two-component paint for surface drying time, setting time and hardness配方abcd表面干燥时间/h610.50.1固化时间/h201080.5固化硬度15213436从表2可以看出，当A组分含量越低时聚氨酯形成的表面干燥时间越缓慢，其反应固化时间也越长。但是，A组分含量过高时与B组分混合后(配方d)则发现，当两个组分混合后在搅拌过程中就发生表面干燥，甚至部分发生完全的反应导致聚氨酯部分完全固化。此组分的反应时间太快，作为双组分聚氨酯胶黏剂并不适合应用在钢板和胶合板二者之间的黏合。随着A组分比例的不断增加导致最终获得的聚氨酯固化时间也越来越短，这是由于异氰酸酯的比例增加导致其与多元醇反应速率不断增加，且反应过程中产生的热量也加快了固化时间。此外，随着A组分含量的不断增加，所制备的聚氨酯固化后硬度不断增加。这是由于随着A组分占比增加使得能与多元醇反应的异氰酸酯含量增加，二者之间的反应官能团相互交联反应形成网状交联结构，使得最终获得聚氨酯硬度变大[10-11]。2.2聚氨酯胶黏剂的FTIR分析图3为配方c制备的聚氨酯胶黏剂以及A、B组分的红外光谱图。从图3可以看出，1 711 cm-1处为聚氨酯的—C=O基团的吸收峰。2 989 cm-1处为—CH2—的伸缩振动吸收峰。3 507 cm-1处为—N—H伸缩振动吸收峰[12-13]。A组分在2 360 cm-1处的红外吸收峰为—NCO基团，聚氨酯红外吸收峰在2 360 cm-1处存在透光率较为微弱的红外吸收峰，说明在此组中多苯基多亚甲基异氰酸酯与聚醚多元醇发生了反应从而导致—NCO发生消失，但是此组中异氰酸酯和聚醚多元醇反应并不完全。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F003图3聚氨酯胶黏剂及A、B组分的红外谱图Fig.3FTIR spectra of polyurethane adhesive and A, B component2.3聚氨酯胶黏剂的SEM分析图4为不同配方制备的聚氨酯胶黏剂的SEM照片。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F004图4聚氨酯胶黏剂的SEM照片Fig.4SEM images of polyurethane adhesive从图4可以看出，双组分混合后放置在110 ℃下进行反应形成了多孔结构的聚氨酯胶黏剂。多苯基多亚甲基异氰酸酯的含量逐渐增加使得聚氨酯的发泡率越来越多，发泡密度不断增加。这是由于随着多苯基多亚甲基异氰酸酯含量的不断增加，反应产生的气体也在提高，更多的二氧化碳分子参与气泡成核，使气泡核的数目增多，泡孔密度随之增大[14]。2.4聚氨酯胶黏剂的剪切强度和黏度分析图5为聚氨酯胶黏剂加热固化48 h后进行剪切强度测试结果。从图5可以看出，随着A组分的添加量不断增加，聚氨酯固化后的剪切强度逐渐提高。当A、B组分配比为5:5时，所获得的聚氨酯剪切强度最佳，但是此配比下聚氨酯的反应速度较快并不适用于建筑工程应用。当A、B组分配比为3:5时，其剪切强度略低于5:5的剪切强度，但变化极其微小，表现出了良好的剪切强度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F005图5胶黏板的剪切强度性能分析Fig.5Analysis of shear strength performance of plywood表3为不同转速下，A、B组分配方制备聚氨酯胶黏剂黏度分析。从表3可以看出，随着A组分含量的不断增加，导致聚氨酯黏度发生降低。当A、B组分的比例为5:5时，聚氨酯黏度降低变化反而不明显，这是由于A组分含量的增加致使其与B组分混合后会发生部分反应，从而使得黏度变化不大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.T003表3不同A、B组分配方制备聚氨酯胶黏剂黏度分析Tab.3Viscosity analysis of polyurethane adhesive prepared by different formulas of A and B component配方黏度/(Pa·s)20 r/min50 r/mina198.50121.10b109.4066.20c55.4039.70d58.2034.602.5聚氨酯胶黏剂的阻燃性能分析表4为不同配方制备的聚氨酯胶黏剂的阻燃性能分析。从表4可以看出，作为阻燃剂，B组分中甲基膦酸二甲酯可以提供良好的阻燃性能。但是随着A组分含量的不断增加，聚氨酯体系中的阻燃剂成分含量逐渐降低，导致聚氨酯遇到明火时燃烧。此外，A组分添加量逐渐增多导致聚氨酯体系中的气泡含量增加，使得聚氨酯容易燃烧。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.T004表4聚氨酯胶黏剂阻燃性能Tab.4Flame retardant performance of polyurethane adhesive配方阻燃剂含量/%燃烧现象a2.2退火自熄b1.4退火自熄c1.1退火自熄d0.7退火燃烧2.6胶黏板的黏结性能分析图6为聚氨酯作为胶黏剂的黏结情况。从图6可以看出，4组聚氨酯胶黏剂应用使钢板和胶合板成功地黏结在一起。从图6b可以看出，在经过30 d后黏结板发生明显开裂。从图6d、f、h可以看出，胶黏板没有发生开裂情况，表现出良好的黏结性能。但配方d因胶黏剂反应时间过快并不适用于建筑工程中的应用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F006图6胶黏板的黏结性能Fig.6Adhesive property of plywood2.7胶黏板的平拉强度性能分析图7为胶黏板的平拉强度性能分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.001.F007图7胶黏板的平拉强度性能分析Fig.7Analysis of flat tension strength performance of plywood从图7可以看出，随着组分A多苯基多亚甲基异氰酸酯含量占比的增加，聚氨酯胶黏剂的平拉强度不断增加。当A、B组分的配比较低时，二者组分之间不能完全反应制备成聚氨酯，从而使得形成的聚氨酯含量低导致最终的平拉强度也同样较小。当A、B组分的比例为3:5和5:5时，二者反应制备的聚氨酯含量较多，胶黏板平拉强度较强。3结论(1)以多苯基多亚甲基异氰酸酯和聚醚多元醇作为聚氨酯反应原料，分别将两种原料与其他辅助化学原料混合后制备成A、B两种组分。将A、B组分混合后放置在室温和90 ℃下进行交联固化均成功制备了聚氨酯发泡胶黏剂。(2)当A组分：B组分=3:5时，二者混合在室温下经过8 h后反应完全固化，适合于建筑工程领域的应用。将A组分和B组分混合均匀后均匀涂抹到不锈钢板和胶合板上，将钢板和胶合板贴合在一起后放置在90 ℃下进行黏结制备成胶黏板，并表现出良好的黏结性能。