不飽和脂肪族聚酯的合成及其在聚氨酯粘合劑中的探索

李芳亮

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷提升，高分子化學(xué)材料的應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大，脂肪族聚酯作為一類重要的高分子材料，對(duì)它的開發(fā)和應(yīng)用也受到各方的極大重視。加之聚氨酯粘合劑具有綜合的優(yōu)良性能，價(jià)格相對(duì)平民親眾，適合進(jìn)行大范圍推廣普及，因此本文主要對(duì)不飽和脂肪族聚酯及其在聚氨酯粘合劑中的發(fā)展做出探討。

關(guān)鍵詞：不飽和脂肪族聚酯；聚氨酯粘合劑；探索

前言

現(xiàn)如今，脂肪族聚酯這一類型的可生物降解型高分子材料極受研究重視，其在各個(gè)領(lǐng)域方面都展現(xiàn)出極其優(yōu)良的品性。如何更好地開發(fā)利用這類材料，使其在最低成本、最小危害和污染環(huán)境的狀況下更多的造福人類，已成為不容忽視的現(xiàn)狀，并且由脂肪族聚酯合成的聚氨酯粘合劑具有極高的應(yīng)用價(jià)值，如何對(duì)其進(jìn)行更好的完善，發(fā)揮其更大的作用等問題，也是下文主要探索研究的方向。

1 關(guān)于不飽和脂肪族聚酯

1.1 脂肪族聚酯的研究敘述

脂肪族聚酯的主鏈大都是由脂肪族結(jié)構(gòu)單元通過易水解的酯鍵連接而成，大都具備良好的力學(xué)性能和機(jī)械性能，可由微生物為介質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量、二氧化碳和水。脂肪族聚酯可以分為飽和脂肪族聚酯和不飽和脂肪族聚酯。根據(jù)分子原理的解析，可以通過化學(xué)合成法如直接縮聚聚合和開環(huán)聚合的方法、微生物發(fā)酵法、酶催化等一系列方法合成脂肪族聚酯，由于同為分子材料，最好采用脂肪酶等生物酶進(jìn)行合成，不僅催化作用快，且使用過的酶還可以重復(fù)利用，極大降低成本。

1.2 不飽和脂肪族聚酯的合成

不飽和脂肪族聚酯具有雙鍵的特性，其主鏈中含有酯基和不飽和的非芳族鍵。雙鍵的存在使得聚酯具有一定的交聯(lián)性能，在高溫有氧的條件下可以打開，并且經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，雙鍵對(duì)于不飽和脂肪族聚酯的生物降解性與飽和脂肪族聚酯相比沒有太大的影響，但在高溫條件下發(fā)生的交聯(lián)卻會(huì)降低生物降解性，交聯(lián)度越高，生物降解性越差。這也是脂肪族聚酯的產(chǎn)品雖性能優(yōu)良卻不能單獨(dú)用其做降解材料的原因。但不飽和脂肪族聚酯在發(fā)生交聯(lián)后卻也可以有效的提高產(chǎn)品的粘合度，利于粘合效果提升。

傳統(tǒng)方法中合成不飽和脂肪族聚酯，多是采用金屬有機(jī)催化劑，這種方法的反應(yīng)條件多為高溫，合成過程中容易使不飽和脂肪族聚酯的雙鍵發(fā)生交聯(lián)，降低其生物降解性，且對(duì)環(huán)境的污染程度較高，于是人們不斷探索新的合成方式。與金屬有機(jī)催化劑相比，以生物酶作為反應(yīng)條件的方法更加便捷有效，酶的成本較低且反應(yīng)靈活，可以重復(fù)利用，排放的污染物相對(duì)極少，值得探究使用。

接下來便探討不飽和脂肪族聚酯的合成。我們可以把月桂酸和正丙醇作為標(biāo)準(zhǔn)底物，在最適宜溫度65攝氏度下，以固定化脂肪酶N435為催化劑制成丙基月桂酸酯，接著以己二酸和己二醇為原料，采用直接酯化-縮聚的方法合成飽和脂肪族聚酯——聚己二酸己二醇酯，在此基礎(chǔ)上再加入少量不飽和脂肪酸，由此合成不飽和脂肪族聚酯。當(dāng)然，這只作為合成的一種方法，合成期間，要時(shí)刻檢測(cè)酶的活性和PH值的控制，爭取達(dá)到最優(yōu)效果。

2 對(duì)于聚氨酯粘合劑的研究

2.1 聚氨酯粘合劑的發(fā)展

聚氨酯是自20世紀(jì)30年代在多種合成材料中脫穎而出的一種新型高分子材料，具有極其廣闊的發(fā)展空間。由聚氨酯為材料的粘合劑在分子中含有氨酯基或異氰酸酯基，性能優(yōu)良，在各行各業(yè)中均受到廣泛應(yīng)用，深受大眾喜愛和使用。它的化學(xué)活潑性強(qiáng)，容易與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而對(duì)大多的化學(xué)材料與物質(zhì)具有吸附和粘合的作用。雖然耐濕熱的性能較差，但是其抗低溫的效果遠(yuǎn)超過其他的粘合劑，并且，聚氨酯粘合劑的抗磨、防衰老、抗擊打能力與耐油性在其他的粘合劑面前也是數(shù)一數(shù)二的。從普通的制衣制鞋業(yè)發(fā)展到富麗的裝潢業(yè)裝飾，無一不因聚氨酯粘合劑的優(yōu)良性能而大規(guī)模采用。因其原料易得，價(jià)格便宜，擁有極佳的粘合度，可以將不同的金屬等物體粘結(jié)在一起，唯一稍顯不足的便是聚氨酯粘合劑不耐高溫，在溫度高之地便會(huì)融化，這也是國內(nèi)相關(guān)科技人員需要著重研究的方向，爭取早日研制出耐高溫的聚氨酯粘合劑，減少使用者的顧慮。

2.2 聚氨酯粘合劑的改進(jìn)方向

由上文可知，大多數(shù)聚氨酯粘合劑性能優(yōu)良，使用方便，但是卻不耐高溫，在濕熱的環(huán)境下特別容易遇熱分解，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量下降，與使用者帶來諸多不便，因此，針對(duì)聚氨酯現(xiàn)下的缺點(diǎn)，我們應(yīng)根據(jù)具體情況對(duì)癥下藥，研制出與之相應(yīng)的解決方案，以便為聚氨酯粘合劑的發(fā)展做出打算。

下面我們可以參照書籍，嘗試親手制作聚氨酯粘合劑，感受其中的奧秘。首先將不飽和脂肪族聚酯放入燒瓶中，在高溫真空狀況下放置處理2小時(shí)，之后加入溶劑丁酮，加入一定量的二月桂酸二丁基錫，催化反應(yīng)5小時(shí)后，將產(chǎn)物進(jìn)行80度減壓蒸餾，最后得到一般質(zhì)量的聚氨酯，可知聚氨酯的合成原料少不了不飽和脂肪族聚酯。同時(shí)我們也知道聚氨酯不耐水性，因此在合成粘合劑的過程中，一定要嚴(yán)格控制水分，配備的器具一律保持清潔干燥，以防合成的粘合劑質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。如果想要加快獲得進(jìn)程，也可適當(dāng)加入合適的反應(yīng)催化劑。除此之外，想要合成聚氨酯粘合劑，還可以采用一步法，即是將聚酯二醇或者聚醚二醇直接同二異氰酸酯放在一處進(jìn)行反應(yīng)；或是預(yù)先制出預(yù)聚體，然后加入小分子二元醇擴(kuò)鏈劑進(jìn)行反應(yīng)。根據(jù)研究表明，聚氨酯粘合劑根據(jù)粘結(jié)的物體不同，所粘結(jié)的方式也不盡相同。具體來說，大致可分為兩大類方法。聚氨酯粘結(jié)和異氰酸酯粘結(jié)。前一種粘結(jié)方法的物體較多，根據(jù)聚氨酯不同的類型、特性，又分出了許多其他方法的分支，一般以反應(yīng)特性、用途、特征作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，研制出的產(chǎn)品多為多異氰酸酯膠粘劑、含異氰酸酯基的聚氨酯膠粘劑等。前者較少單獨(dú)使用，一般作為交聯(lián)劑或者混進(jìn)其他粘劑中；后者的主要成分主要為含異氰酸酯基的粘合劑，應(yīng)用也很廣泛，適宜與多種材料相粘合，具有極高的粘附性，容易同多元醇發(fā)生作用固化為粘結(jié)層。

據(jù)此，根據(jù)聚氨酯粘合劑不耐高溫的特性，我們可從提高聚氨酯粘合劑的耐高溫和耐水性兩方面進(jìn)行著手。在提高耐高溫方面，據(jù)研究聚氨酯粘合劑在高溫條件下的分子運(yùn)動(dòng)時(shí)可發(fā)現(xiàn)，其中分子量較低的直鏈安酯基分子，在高溫條件下分子間的熱運(yùn)動(dòng)較劇烈，使得聚氨酯容易軟化，對(duì)此，可通過增強(qiáng)分子間的引力、作用力，在分子鏈中引入阻力較大的環(huán)狀剛性鏈段，使分子鏈發(fā)生交聯(lián)，適當(dāng)提高聚氨酯中硬段的含量，從而提升粘合劑抗熱的能力。然后針對(duì)聚氨酯不耐水性的缺點(diǎn)，可以添加適當(dāng)?shù)乃夥€(wěn)定劑進(jìn)行改善，采用長鏈二元酸和二元醇原料，降低聚氨酯中易水解部分的密度，在分子鏈中引進(jìn)少量的有機(jī)硅，從而更好改善粘合劑的耐水性。

結(jié)束語

通過上文的講解，我們了解到如今以聚氨酯為代表的高分子化合材料日益興起，發(fā)展范圍也不斷擴(kuò)大。以不飽和脂肪族聚酯為主要原料進(jìn)行合成的聚氨酯粘合劑在各方面性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，適宜大范圍使用和推廣，唯一不足便是其耐高溫和耐水性不足，在濕熱條件下易使產(chǎn)品失去粘性，極大損害產(chǎn)品質(zhì)量，也為使用帶來各種不便。針對(duì)此缺陷，上文已經(jīng)提出相應(yīng)的解決措施，希望能為相關(guān)從事人員提供借鑒，也希望聚氨酯粘合劑獲得更遠(yuǎn)更長久的發(fā)展。

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