水性聚氨酯（PU）膠粘劑是指將聚氨酯溶於水或分散於水中而形成的膠粘劑，以水為基本介質，具有不燃、無毒、不汙染環境、節省能源、操作方便等優點。但是水性聚氨酯膠粘劑的初粘性一直不盡人意，在許多機械化高速生產及提高生產效率等方面，往往對膠粘劑的初粘性有較高的要求。
醋酸乙烯-乙烯乳液（VAE）以其成膜溫度低、機械性能和貯存穩定性好、固化快、對薄膜基材粘接性好、具有良好的初粘性和較低的成本等優點適用於膠粘劑，為此本文通過VAE乳液對水性PU乳液進行共混改性，達到性能互補、降低成本的目的。
1、實驗部分
1.1 原料
PU 乳液，自製，控制 n(TDI)：n(OH)為 1.6，n(DMPA)：n(PPG)為 1，pH 值為 8；VAE 乳液（Airflex EP706），工業級，美國氣體聚合物有限公司；氨水，分析純，廣州東紅化工廠。
1.2 VAE 乳液共混改性
取一定量 VAE 乳液，滴入濃度為 28%的氨水充分攪拌，調整pH值為 7.5。在500ml三口燒瓶中加入計量好的 PU 乳液，滴加調整pH值的VAE乳液，攪拌一小時出料。
1.3 性能測試
1.3.1 拉伸強度測試
將製備好的聚氨酯水乳液膠膜，用 80 mm×5 mm 型的裁刀裁好，放在真空乾燥器中真空乾燥 24 h，然後在 XLL—100A 型拉力試驗機上測定其拉伸強度及延伸率，拉伸速度為室溫下 250 mm/min。延伸率的計算公式如下：
E =（L2 L1）/L1× 100 %
式中：E 為延伸率；L1 為試品的原長；L2 為試品斷裂時的長度。
1.3.2 粘接強度的測定
試片採用 PVC 薄片，尺寸為 200 mm×15 mm，粘合部分為 150 mm×15 mm，用丙酮處理表面汙物，2 試片均塗膠，每片塗層厚度為 25g/m2 （固體質量），等表幹後將 2 試片貼合。將貼合的試片在接觸壓力下用 65℃溫度熱烘 48h，然後室溫放置 48h，用 AG-1 型萬能電子拉力試驗機（日本島津公司）測定 T 型剝離強度，拉伸速率為室溫下 200 mm/min。
1.3.3 吸水率的測定
把樣品膜在真空下乾燥 24h，室溫測定樣品膜的質量，然後把樣品膜浸泡於室溫去離子水中， 24h 後再稱量其質量，依據兩者的質量差求吸水率（Ω）：
= (w2 w1) /w1× 100 %
式中：Ω為樣品膜的吸水率；w 1 為樣品膜的原來質量；w2 為樣品膜浸泡後的質量。
2、結果與討論
2.1 共混乳液的穩定性
共混乳液的穩定性是共混改性的先決條件。本文考察共混乳液的靜止穩定性，分別按直接共混、將VAE 調節 pH 7.5 後再共混 2 種方式，結果見表 1。
表1：共混對乳液穩定性的影響
註：其中 PU 乳液的固含量為 25%，VAE 乳液的固含量為 54.5%，共混比例是 2 乳液的固體質量之比。
從表 1 可看出，在 PU 乳液中直接加入 VAE 乳液，乳液的穩定性被破壞。隨著 VAE 乳液加入量的增加，乳液凝聚的速度也不斷增加。這是因為 VAE 乳液中為防止醋酸乙烯酯基的水解，pH 值控制在4.0-5.5 之間，而 PU 乳液一般呈弱鹼性。PU 乳液膠粒表面存在羧基（—COOH），由於羧基在 pH值較大時電離而使膠粒表面帶負電荷，膠粒電荷互相排斥而穩定。當 VAE 乳液直接加入時，共混體系pH 值下降，抑制了羧基的電離，膠粒表面失去電荷斥力而凝聚。
調整 pH 值之後，VAE 乳液膠粒表面將以陰離子形式存在，形成雙電層，具有與 PU 乳液膠粒相同的電荷，由於靜電斥力體系保持穩定。
2.2 共混組分的相容性
觀察膜的透明度可以方便的看出兩相的相容程度。觀察不同比例 PU/VAE 共混改性所得膜的透明性，結果見表 2。
表2：共混對膜透明性的影響
從表 2 可看出，隨著 VAE 含量的增加，PU/VAE共混所製得的膜的透明度逐漸降低，在 VAE 含量較少時顯示出部分相容性，可能是 PU 和 VAE 之間產生氫鍵結合。在 70/30 時出現明顯的兩相分離，體系透明性差。
2.3 VAE含量對膜力學性能的影響
不同 VAE 含量對共混乳液膠膜力學性能的影響見表 3。
表3：VAE含量對共混乳液膠膜力學性能的影響
從表 3 可看出，隨著 VAE 含量的增加，共混乳液膠膜的拉伸強度先小幅增加後持續下降。這是因為VAE 乳液的 pH 值升高後，其膠粒含有的一些強極性的羥基，能與自身酯基、羥基及聚氨酯的極性鍵形成氫鍵，使得膜的內聚能增大，拉伸強度增加，但隨著 VAE 含量的繼續增加，由於VAE 自身強度較低，並且由於兩相分離加劇，造成共混膠膜的拉伸強度下降。
從表 3 中可看出，隨著 VAE 含量的增加，膠膜的延伸率先減少後持續增長。這是因為當 VAE的加入量較小時，由於氫鍵作用使延伸率略有下降。
隨 VAE 含量增加，VAE 具有相當的韌性，含量的增加對體系增塑作用增強，並且兩相分離加劇使延伸率增加。
2.4 VAE含量對膜耐水性的影響
水性聚氨酯由於引入親水性基團，耐水性較差，而 VAE 的耐水性較好，將兩者共混測定成膜之後的吸水率見下圖：
從圖中可看出，隨著 VAE 含量的增加，共混膜的吸水率有減少的趨勢。一方面是因為 VAE 自身的耐水性比水性 PU 好，另一方面是因為 PU中含有較多的氨基甲酸酯、脲、醚等基團，在成膜過程中和VAE 膠膜中的保護膠體聚乙烯醇上的羥基能形成氫鍵。這種作用增加膠膜的物理交聯程度，降低了水對膠膜的滲透作用，因而吸水率下降。
2.5 VAE含量對共混乳液初粘力和最終剝離強度的影響
2.5.1 初粘性表徵方法的確定
初粘性是指粘合劑在粘合作用初期的粘接性能，其概念比較模糊，測試方法也沒有統一的標準，而初粘力受測試環境諸多條件的影響，因此本實驗先確定初粘性的表徵方法。
表 4 水性 PU 粘接力與乾燥時間的關係
從表 4 可看出，水性 PU 要揮發一定的水才產生粘接力，本實驗確定當膠粘劑觸手粘時的粘接力為初粘力，在規定塗膠量下膠層需要室溫乾燥約25min。
2.5.2 VAE 含量對共混乳液初粘力的影響
隨著 VAE 含量的增加，共混乳液的初粘力增大，但繼續增加 VAE的含量，初粘力提高有限。
由於水性聚氨酯的軟段結晶慢，初期內聚強度不高，導致初粘力不高，而且水性聚氨酯的分子量較大，導致分子鏈活動能力弱，膠液浸潤性不好，也使初粘力下降。VAE 乳液分子中引入了乙烯鏈段，起到內增塑作用，降低了玻璃化溫度和成膜溫度，對基材的潤溼性好，所以具有良好的初粘力。將兩者共混，可以提高水性 PU 的結晶速度和潤溼性從而提高了初粘力。
2.5.3 VAE含量對共混乳液最終粘接強度的影響
在 PU 乳液中加入少量 VAE乳液能提高共混乳液的最終粘接強度，但 VAE乳液含量繼續增加反而降低了最終的粘接強度。這是因為少量 VAE 乳液的加入能有效的提高共混乳液的潤溼性從而提高了粘接性能，但是 VAE 乳液的粘接性能比水性 PU 乳液差，繼續增加會降低整體的粘接性能。
3、結論
調整 VAE 乳液的 pH 值為弱鹼性後與水性PU共混能得到穩定的乳液，兩者顯示一定的相容性。
VAE能有效地提高 PU的耐水性，少量VAE能提高PU的力學性能，有效提高初粘力而不損害最終粘接強度，同時降低了成本，達到了充分利用單一乳液優勢的目的。
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