摘要：本文对无溶剂型聚氨酯胶粘剂的反应完成率进行初步研究，以聚氨酯反应原理为基础，试验了温度、时间、不同胶粘剂对反应完成率的影响。

聚氨酯胶黏剂粘结性能优异，适用于粘结各种软包装用薄膜材料，如透明或印刷的各种塑料薄膜、各类镀铝膜、铝箔、纸张等。无溶剂型聚氨酯胶黏剂因其不含溶剂，复合过程无VOCs排放，环保安全，高效节能，在软包装复合中的应用日益广泛。

无溶剂型聚氨酯胶黏剂反应完成率与胶粘剂本身的反应速率息息相关，与胶粘剂直接或间接接触的材料中的水/湿气或含活泼氢化合物等也有密切的关系。

本文对无溶剂型聚氨酯胶粘剂的反应完成率进行初步研究，以聚氨酯反应原理为基础，试验了温度、时间、不同胶粘剂对反应完成率的影响。

一、聚氨酯的化学反应

无溶剂型聚氨酯胶粘剂，分双组分和单组分两大类。

在无溶剂混胶泵上，双组分胶粘剂的A组分和B组分按比例混合均匀，在无溶剂复合机上涂布、收卷，进入熟化室进行熟化。从A、B组分混合开始，反应开始进行。在这个过程中，主要的化学反应有两个：一是A组分与B组分的反应，即异氰酸酯基团与羟基基团反应生成氨基甲酸酯，这是双组分聚氨酯复合粘合剂的主反应；二是A组分与水的反应，即异氰酸酯基团与水反应生成脲基和二氧化碳气体，这是个副反应，环境中的湿气（水）、薄膜上吸附水，油墨中吸附或含有水都可以与A组分中的异氰酸酯反应，所以这个副反应是不可避免的。

单组分胶粘剂是异氰酸酯基团与水反应，需要在设备上加湿以保证反应顺利进行。

聚氨酯的反应方程式如下：

RNCO+RˊOH→RNHCOORˊ

         2RNCO + H₂O → RNHCONHR + CO₂↑

二、聚氨酯的反应速率

1、反应物本身的性质对反应速率的影响

影响化学反应速率的主要因素有反应物本身的性质。如双组分聚氨酯胶粘剂，其羟基组分如果是伯羟基，则反应速率高于仲羟基；再比如，同结构的聚酯多元醇，分子量小的活性高，反应速率快。

2、外界因素对反应速率的影响

外界因素对化学反应速率影响也较大，如温度、浓度、催化剂、光等。

（1）温度

升高温度，反应物分子获得能量，使一部分原来能量较低分子变成活化分子，增加了活化分子的百分数，使得有效碰撞次数增多，所以反应速率加大。另外，由于温度升高，使分子运动速率加快，单位时间内反应物分子碰撞次数增多反应也会相应加快。

经典的阿伦尼乌斯方程是瑞典化学家阿伦尼乌斯提出的关于化学反应的速率常数与温度之间的关系式。温度提高，反应速率加快。

阿伦尼乌斯方程可以表示为以下形式:

lnk=lnk0-Ea/RT

k - 反应速率常数，min-1

k0 - 频率因子常数，min-1

Ea - 反应活化能，J/mol

R -摩尔气体常数，8.314J/(mol×K)

T - 绝对温度，K

温度升高，聚氨酯反应速率加快，不论是异氰酸酯与羟基反应还是异氰酸酯与水的反应；反之，反应速率慢。

（2）浓度

当其它条件一致下，增加反应物浓度就增加了单位体积的活化分子的数目，从而增加有效碰撞，反应速率增加，但活化分子百分数是不变的。

比如单组分聚氨酯胶粘剂，水的浓度提高（空气湿度大），与异氰酸酯的反应速率提高，反之，水的浓度低，则反应速率慢。

（3）催化剂

使用正催化剂能够降低反应所需的能量，使更多的反应物分子成为活化分子，大大提高了单位体积内反应物分子的百分数，从而成千上万倍地增大了反应物速率.负催化剂则反之。催化剂只能改变化学反应速率，却改不了化学反应平衡。

不同的聚氨酯催化剂体系，对反应速率影响很大。

三、试验

用红外光谱跟踪测试异氰酸酯基团的反应比例，以此为依据计算无溶剂聚氨酯胶粘剂的反应速率和反应完成率。

1、反应物本身的性质对反应速率和反应完成率的影响

不同的胶粘剂反应速率和反应完成率差别较大。

图1、图2是无溶剂胶粘剂1的A组分和B组分按比例混合，在40℃反应，通过跟踪检测红外谱图中的异氰酸酯基团，从而得到不同反应时间下的反应完成率。

图3和图4是无溶剂胶粘剂2的反应情况。

由图1和图2可知，胶粘剂1在40℃36h反应完成率为94%，胶粘剂2反应完成率为87%；24h反应完成率，胶粘剂1为91%，胶粘剂2为79%；反应完成率超过80%的熟化时间对比，胶粘剂1为10h，胶粘剂2为26h。说明胶粘剂1的反应速率更快。

图1  无溶剂胶粘剂1（A+B组分）反应过程红外谱图

图2  无溶剂胶粘剂1（A+B组分）反应完成率

图3  无溶剂胶粘剂2（A+B组分）反应过程红外谱图

图4  无溶剂胶粘剂2（A+B组分）反应完成率

2、外界因素对反应速率和反应完成率的影响

（1）温度

图5是胶粘剂1在35℃进行反应完成率的测试。与图2相比，温度降低，反应完成率降低。由表1可知，35℃和40℃相比，反应2h时反应完成率基本一致，随着时间延长，35℃下反应速率整体慢下来。如果希望反应进度加快，提高熟化温度是有效措施。

从经验来看，低于10℃，聚氨酯基本不反应，即反应速率极低。

图5  无溶剂胶粘剂1（A+B组分）反应完成率——35度

（2）物料比例(A/B）

无溶剂聚氨酯胶粘剂的A/B组分配胶比例，决定了异氰酸酯基团和羟基基团的摩尔比例（NCO/OH），对反应完成率影响较大。由表2可知，不同的NCO/OH，对反应完成率影响较大。

无溶剂聚氨酯胶粘剂因为有副反应异氰酸酯与水的反应存在，会预留一部分异氰酸酯，防止出现异氰酸酯总体量不足，胶水干性不良。

（3）时间

以胶粘剂1为例，图2和图4可知，随着熟化时间延长，反应完成率升高；这其中，反应初期的反应速率很快，胶粘剂1（图2）熟化2h反应完成率52%，10h反应完成率81%，初期反应很快，后期反应速率变慢，到24h完成率为91%，36h为94%。

胶粘剂2反应速率整体低于胶粘剂1，但反应完成率-时间关系与胶粘剂1一致，初期反应快，后期反应慢。

四、结论

（1）无溶剂聚氨酯胶粘剂的反应完成率与多种因素有关。

（2）与胶粘剂本身结构关系密切。

（3）受温度影响较大，在不影响其他性能前提下，应该提高熟化温度。

（4）双组分胶粘剂NC/OH有适当的配比，保证胶粘剂干性良好。