CN101113308A - 一种改善聚氨酯胶片与有机玻璃界面粘结强度的界面处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高聚氨酯胶片与有机玻璃界面粘结强度的界面处理剂。以一定溶剂溶解聚氨酯胶片，得到聚氨酯的透明溶液，然后在溶液中引发丙烯酸同系物的聚合，得到丙烯酸聚合物的长分子链，控制反应条件，形成两者的接枝或互穿网络体系。在使用中，这种体系分别与PU、PMMA相容，可在两者之间形成一个过渡桥梁，改善两界面的相容性，提高界面粘结强度，且不降低原基材的透光度，不对有机材料产生副反应。施加处理剂后可以使聚氨酯胶片与有机玻璃界面的粘结强度提高40％左右。

Description

一种改善聚氨酯胶片与有机玻璃界面粘结强度的界面处理剂

技术领域

本发明涉及用于异质透明材料粘结的界面处理剂，可用于制造夹层玻璃及其它透明件。

背景技术

在异质的透明材料复合过程中，如无机玻璃与有机玻璃(PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯)的复合，现采用聚氨酯(PU)胶片热复合技术。即在高温高压下，聚氨酯胶片作为粘结材料，分别在无机玻璃及有机玻璃表面发生铺展、浸润等过程，最终将两者复合成一个整体。由于无机玻璃同定向有机玻璃的线膨胀系数相差近一个数量级(分别为8.6×10^-6℃^-1和7.15×10^-5℃^-1)，致使热复合过程中存在很大的热应力和变形。在有机玻璃热性能的限制下，复合过程中的蒸压温度低，胶片无法与基材充分浸润和铺展，达到最佳粘结强度。在使用过程中，层合玻璃经受环境温度的变化，产生往复的疲劳变形，一定时间后，玻璃容易发生脱胶现象。因此，中间层粘结材料与基材的粘结持久性直接影响夹层玻璃的寿命。

处理剂是在众多领域广泛使用的一种提高界面粘结强度的过渡材料。在透明材料领域，如无机-无机复合的夹层玻璃，工业上已在使用处理剂提高玻璃的寿命可靠性。但是，针对异质透明材料如有机-无机复合材料的界面处理剂的报道比较少，目前没有文献记载。

鉴于聚氨酯胶片作为主要的中间层粘结材料，复合材料的脱胶界面主要是PU与PMMA的界面，因此，需要寻找一种能够提高聚氨酯胶片与有机玻璃界面粘结强度的界面处理剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高聚氨酯胶片与有机玻璃界面粘结强度的界面处理剂。

本发明用于异质透明材料复合的界面处理剂，由1重量份(单位：克，下同)的聚氨酯溶于5～10体积份(单位：毫升，下同)的聚氨酯溶剂后，再与0～1重量份的丙烯酸类物质，0.2～1.5重量份的丙烯酸酯类物质，以及0.008～0.05重量份的自由基引发剂反应，得到的反应产物在3～15体积的稀释溶剂中稀释而成。

其中所述聚氨酯为聚氨酯胶片；聚氨酯溶剂为N，N-二甲基甲酰胺；丙烯酸类物质包括甲基丙烯酸，丙烯酸，和其类似物中的任何一种或几种的组合；丙烯酸酯包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯，和其类似物中的任何一种或几种的组合；自由基引发剂包括过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚睛、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基，和其类似物中的任何一种或几种的组合。

稀释溶剂包括酮类溶剂、酰胺类溶剂、酯类溶剂中的任何一种或几种的组合。

其中所述稀释溶剂选用的酮类溶剂为丙酮、丁酮、环戊酮、环己酮、甲基异丁基甲酮、对羟基苯乙酮、苯乙酮、乙酰丙酮，或其类似物，或上述物质中几种的组合；酰胺类溶剂可包括：甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺，或其类似物，或上述物质中几种的组合；酯类溶剂可包括：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯，或其类似物，或上述物质中几种的组合。

本发明优选的界面处理剂组配为：1重量份的聚氨酯，5～8体积份的聚氨酯溶剂N，N-二甲基甲酰胺，0～0.25重量份的丙烯酸类物质，0.51～0.72重量份的丙烯酸酯类物质，0.008～0.014重量份的自由基引发剂，以及3～12体积的稀释溶剂，其中所述丙烯酸类物质优选为甲基丙烯酸、丙烯酸或它们的组合，所述丙烯酸酯类物质优选为甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、和丙烯酸羟丙酯中的任何一种的组合，所述自由基引发剂优选过氧化苯甲酰，所述稀释溶剂优选N，N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、丁酮、环己酮、或这些溶剂任何两种的组合。

本发明的另一目的是提供一种上述界面处理剂的制备方法：具体如下：以聚氨酯溶剂溶解聚氨酯胶片后，依次加入丙烯酸酯类物质、丙烯酸类物质和自由基引发剂，逐步升温到80～85℃，反应3～8小时后冷却至室温，用稀释溶剂稀释，控制粘度在20～60mPa·s，得到透明均一的界面处理剂。

本发明在不改变现有成型工艺的基础上，通过配置PU与PMMA界面处理剂的方法，改善其界面粘结强度。本发明以一定溶剂溶解聚氨酯胶片，得到聚氨酯的透明溶液，然后在溶液中引发丙烯酸同系物的聚合，得到丙烯酸聚合物的长分子链，控制反应条件，形成两者的接枝或互穿网络体系。在使用中，这种体系分别与PU、PMMA相容，可在两者之间形成一个过渡桥梁，改善两界面的相容性，提高界面粘结强度，且不降低原基材的透光度，不对有机材料产生副反应。施加处理剂后可以使聚氨酯胶片与有机玻璃界面的粘结强度提高40％左右。

具体实施方式

本发明以一定溶剂溶解聚氨酯胶片，得到聚氨酯的透明溶液，然后在溶液中引发丙烯酸同系物的聚合，得到丙烯酸聚合物的长分子链，控制反应条件，形成两者的接枝或互穿网络体系。在使用中，这种体系分别与PU、PMMA相容，可在两者之间形成一个过渡桥梁，改善两界面的相容性，提高界面粘结强度。

以下以具体实施例详述本发明。

实验中所用试剂、仪器等均为商购。

实施例1：

界面处理剂的制备方法：

以6ml的聚氨酯溶剂N，N-二甲基甲酰胺溶解1g的聚氨酯胶片后，依次加入0.15g丙烯酸类物质甲基丙烯酸和0.67g丙烯酸酯类物质甲基丙烯酸甲酯，分步加入0.013g的自由基引发剂过氧化苯甲酰，逐步升温(升温速度为1℃/分钟)到85℃，反应3小时后自然冷却至室温，再用8ml的稀释溶剂乙酸丁酯稀释，缓慢搅拌得到粘度在30mPa·s左右的透明均一的界面处理剂。

界面处理剂的使用方法：

对有机玻璃进行清洗干燥后，将产品转移到万级洁静室，将配置好的处理剂用吸管或喷枪淋涂在有机玻璃的胶合面，次数为2～3次，静置5～10分钟后，按照夹层玻璃的制造方法完成相关的操作，得到结构为有机玻璃/胶片/有机玻璃的夹层玻璃。

复合材料界面粘结强度的检测方法：

以实施例1得到的夹层玻璃为样品，对聚氨酯胶片与有机玻璃界面粘结强度进行检测。检测按照ASTM D1344制样，测试速度为5mm/min，平行测试六个样品，结果平均值为7.48MPa，对试验后样品的界面进行观测，发现有机玻璃本体破坏，说明界面粘结强度大于有机玻璃强度，界面粘结良好。而未采用本方法的对照样品，其粘结强度平均值为5.3MPa，说明施加处理剂后可以使聚氨酯胶片与有机玻璃界面的粘结强度提高41％。

参照下表所列，采用与实施例1相同的方法进行实施例2～10界面处理剂的制备、使用和检测。检测结果也参见表1。

表1

配料	例1	例2	例3	例4	例5
						聚氨酯溶剂ml	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺6
聚氨酯g	1	1	1	1	1
						丙烯酸类物质g	甲基丙烯酸0.15	-	丙烯酸0.05	-	-

丙烯酸酯类物质，g	甲基丙烯酸甲酯0.67	甲基丙烯酸甲酯0.51	甲基丙烯酸甲酯0.67	甲基丙烯酸甲酯0.67	甲基丙烯酸甲酯0.52，甲基丙烯酸丁酯0.15
						自由基引发剂g	过氧化苯甲酰0.013	过氧化苯甲酰0.008	过氧化苯甲酰0.013	过氧化苯甲酰0.013	过氧化苯甲酰0.013
反应温度及时间	80℃，3小时	85℃，3小时	82℃，6小时	84℃，4小时	83℃，4小时
						稀释溶剂ml	乙酸丁酯8	N，N-二甲基甲酰胺12	乙酸乙酯3	丁酮5	N，N-二甲基甲酰胺12
粘结强度MPa	6.17	6.13	6.22	6.09	7.48
						界面破坏情况	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	有机玻璃本体大面积破坏

配料	例6	例7	例8	例9	例10
						聚氨酯溶剂ml	N，N-二甲基甲酰胺5	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺6	N，N-二甲基甲酰胺8
聚氨酯g	1	1	1	1	1
						丙烯酸类物质g	甲基丙烯酸0.25	甲基丙烯酸0.1丙烯酸0.05	丙烯酸0.05	甲基丙烯酸0.05	甲基丙烯酸0.05
丙烯酸酯类物质，g	甲基丙烯酸甲酯0.67	甲基丙烯酸甲酯0.2，丙烯酸异辛酯0.45	甲基丙烯酸甲酯0.67，丙烯酸羟乙酯0.05	甲基丙烯酸甲酯0.52，甲基丙烯酸丁酯0.15	甲基丙烯酸甲酯0.52，甲基丙烯酸丁酯0.15
						自由基引发剂g	偶氮二异丁腈0.014	偶氮二异庚睛0.012	异丙苯过氧化氢0.013	叔丁基过氧化氧0.011	过氧化二异丙苯0.011
反应温度及时间	80℃，3小时	85℃，3小时	82℃，6小时	84℃，4小时	83℃，5小时
						稀释溶剂ml	乙酸丁酯6，环己酮3	N，N-二甲基甲酰胺8，乙酸丁酯4	乙酸乙酯3，环己酮3	丁酮5，乙酸异丙酯1	N，N-二甲基甲酰胺8，乙酸异丙酯4
粘结强度MPa	6.19	6.20	6.17	6.11	6.23
						界面破坏情况	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落	胶合面有机玻璃破坏，有少量脱落

通过以上实施例验证，在夹层玻璃的制造中使用本发明处理剂，界面粘结良好，粘结强度平均值均在6MPa以上，说明施加处理剂后可以使聚氨酯胶片与有机玻璃界面的粘结强度显著提高；且由于该处理剂中组分分别与PU、PMMA相容，使用后不会降低原基材的透光度，不对有机材料产生副反应。

Claims (9)

1.一种用于异质透明材料复合的界面处理剂，由1重量份的聚氨酯溶于5～10体积份的聚氨酯溶剂后，再与0～1重量份的丙烯酸类物质，0.2～1.5重量份的丙烯酸酯类物质，以及0.008～0.05重量份的自由基引发剂反应，得到的反应产物在3～15体积份的稀释溶剂中稀释而成。

2.根据权利要求1所述的界面处理剂，其特征在于，所述聚氨酯为聚氨酯胶片，

溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。

3.根据权利要求1所述的界面处理剂，其特征在于，所述丙烯酸类物质包括甲基丙烯酸，丙烯酸，和其类似物中的任何一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的界面处理剂，其特征在于，所述丙烯酸酯包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯，和其类似物中的任何一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的界面处理剂，其特征在于，所述自由基引发剂包括过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚睛、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基，和其类似物中的任何一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的界面处理剂，其特征在于，所述稀释溶剂包括酮类溶剂、酰胺类溶剂、酯类溶剂中的任何一种或几种的组合。

7.根据权利要求6所述的界面处理剂，其特征在于，所述酮类溶剂为丙酮、丁酮、环戊酮、环己酮、甲基异丁基甲酮、对羟基苯乙酮、苯乙酮、乙酰丙酮，或其类似物，或上述物质中几种的组合；酰胺类溶剂可包括：甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺，或其类似物，或上述物质中几种的组合；酯类溶剂可包括：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯，或其类似物，或上述物质中几种的组合。

8.根据权利要求1至7任一所述的界面处理剂，其特征在于，具体组配为：1重量份的聚氨酯，5～8体积份的聚氨酯溶剂N，N-二甲基甲酰胺，0～0.25重量份的丙烯酸类物质，0.51～0.72重量份的丙烯酸酯类物质，0.008～0.014重量份的自由基引发剂，以及3～12体积的稀释溶剂，其中所述丙烯酸类物质为甲基丙烯酸、丙烯酸或它们的组合，所述丙烯酸酯类物质为甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、和丙烯酸羟丙酯中的任何一种的组合，所述自由基引发剂优选过氧化苯甲酰，所述稀释溶剂优选N，N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、丁酮、环己酮、或这些溶剂任何两种的组合。

9.权利要求1至8任一所述用于异质透明材料复合的界面处理剂的制备方法，具体如下：以聚氨酯溶剂溶解聚氨酯胶片后，依次加入丙烯酸酯类物质、丙烯酸类物质和自由基引发剂，逐步升温到80～85℃，反应3～8小时后冷却至室温，用稀释溶剂稀释，控制粘度在20～60mPa·s，得到透明均一的界面处理剂。