CN102153984A - 一种单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法 - Google Patents

一种单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种单组分高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，其步骤为：用聚酯多元醇、纳米二氧化硅与二异氰酸酯反应，生成-NCO端基的预聚体；添加亲水扩链剂及多元醇单体进一步反应；然后以小分子二元醇扩链；用三乙胺中和调节反应液至pH值6～7，加入占聚酯多元醇重量5～40%的丙酮降低物料黏度，用去离子水分散成淡蓝色半透明乳液；最后真空脱除溶剂丙酮，得到单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂。采用本发明方法制备得到的单组份水性聚氨酯胶粘剂是一种环保型水性聚氨酯乳液，其固含量可以达到50%，同时内聚强度高，能满足高强度粘结要求的需要；更主要的是耐热温度高，其耐热温度可以达到160℃以上，使用时可以不加固化剂。

Description

一种单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种单组份水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，特别是一种单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法。本发明的水性聚氨酯胶粘剂可用于电脑台、音箱板、橱柜、门和家具及汽车内部装饰、包装材料、木材、PVC等领域。
背景技术
水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质而发展起来的高分子材料，使用安全、无毒、无环境污染，被称为绿色环保产品。随着科学技术的进步，以及环保相关法律的要求日益趋严，环境友好型水性聚氨酯有取代溶剂型聚氨酯的趋势。
但是，目前使用的水性聚氨酯胶粘剂普遍存在着耐热性低、活化温度高的问题。单一水性聚氨酯胶粘剂由于分子结构中氨基甲酸酯的特点，耐热温度通常在80℃以下，最高可达到110℃，达不到用于制备免漆家具和汽车内饰件时木材/PVC粘结后要求的温度。虽然通过调整软硬段比例可以调整其耐热温度，但耐热性高的产品其活化温度也高，因而在使用时必须添加固化剂，以使其木材/PVC粘结后的产品能达到要求的耐热温度，这就增加了操作工序和使用难度。因此，人们一直在从事高耐热性水性聚氨酯的研究。
如US 5,134,216，专利名称为“含环氧的双组分聚氨酯胶粘剂”；US 5,349,040，专利名称为“双组分聚氨酯胶粘剂”；200810117013.1，专利名称为“一种耐高温水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法”的胶粘剂产品均具有较高的耐热性。然而，上述有的产品是双组份，有的产品最后需要进行复配，操作要求、使用及适应性方面都有待进一步改进。因此可以预见，研究合成初粘强度大且耐热性高的水性聚氨酯，现已成为许多研究者的研究热点。
发明内容
本发明的目的是提供一种单组分高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，以该方法制备得到的水性聚氨酯胶粘剂不加固化剂的耐热温度能达到160℃以上。
本发明的单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂制备方法包括以下步骤：
a、用聚酯多元醇、纳米二氧化硅与二异氰酸酯反应，生成-NCO端基的预聚体；
b、添加亲水扩链剂及多元醇单体进一步反应；
c、以小分子二元醇扩链；
d、用三乙胺中和调节反应液至pH值6～7，加入占聚酯多元醇重量5～40%的丙酮降低物料黏度，用去离子水分散成淡蓝色半透明乳液；
e、真空脱除溶剂丙酮，得到单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂。
本发明单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的具体制备方法是：
a、将聚酯多元醇及纳米二氧化硅升温至90～120℃，真空脱水30～90min，降温后滴加占聚酯多元醇重量0.01～0.05%的二月桂酸二丁基锡，加入二异氰酸酯，在50～80℃反应1.5～2.5h，生成-NCO端基的预聚体；
其中，加入二异氰酸酯的量应满足：-NCO∶-OH=1～4∶1，其中-NCO表示异氰酸酯基摩尔数，-OH表示聚酯多元醇羟基摩尔数；纳米二氧化硅与聚酯多元醇的摩尔数比为0.01～0.5∶1；
b、添加亲水扩链剂及多元醇单体，于60～85℃扩链反应0.5～1 h；
其中，亲水扩链剂与聚酯多元醇的摩尔数比为0.1～1.5∶1，多元醇单体与聚酯多元醇的摩尔数比满足0.01～0.5∶1；
c、按小分子二元醇与聚酯多元醇摩尔数比为0.01～1∶1的比例加入小分子二元醇，于50～75℃扩链反应1～3h；
d、用三乙胺中和调节反应液的pH值至6～7，加入占聚酯多元醇重量5～40%的丙酮降低物料黏度，加入去离子水搅拌2～10h，分散成固含量50%的淡蓝色半透明乳液；
e、真空减压脱除溶剂丙酮，即得到单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂。
本发明制备方法中，所述的二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）或二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）中的一种。
本发明制备方法中，所述的聚酯多元醇是指聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸丁二醇酯、聚已二酸一缩二乙二醇酯、聚已二酸已二醇酯、聚已二酸新戊二醇酯或聚已二酸二丙二醇酯中的一种，或者几种的任意比例混合物。
本发明制备方法中，使用的亲水扩链剂是指二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟甲基半酯。
本发明制备方法中所使用的多元醇单体为甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷或磷酸三乙二醇酯。
本发明制备方法中，使用的小分子二元醇是指1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、己二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇。
采用本发明方法制备得到的单组份水性聚氨酯胶粘剂是一种环保型水性聚氨酯乳液，其固含量可以达到50%，同时内聚强度高，能满足高强度粘结要求的需要；更主要的是耐热温度高，其耐热温度可以达到160℃以上，使用时可以不加固化剂。
本发明制备方法中，采用纳米二氧化硅改性并加入多元醇单体，可以显著提高水性聚氨酯胶粘剂的耐热性能，乳液性能稳定，初粘强度大。制备的水性聚氨酯乳液使用时可以不加固化剂，其耐热温度达到160℃以上，黏度可以控制在200～500cp，同时PVC/PVC剥离强度可达5～7N/mm2。
采用本发明制备方法生产的水性聚氨酯胶粘剂可以用于汽车内部装饰、包装材料、木材、PVC及皮革等，在环保、固含量、初粘强度、耐水性及耐热等方面都达到用户所需求产品质量指标。本发明的制备方法还具有设备利用率高、运输成本和单位产品能量消耗低等优点。
具体实施方式
实施例1
在四口烧瓶内加入75g聚已二酸丁二醇酯和2.3g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空1.5h，降温到60℃，加入两滴二月桂酸二丁基锡，与15gIPDI反应2h，再加入2.2g二羟甲基丙酸和0.75g磷酸三乙二醇酯反应0.5h，再加入0.7g1,4-丁二醇保温反应2h，用1.3g三乙胺进行中和反应30min，同时以10g丙酮降低物料黏度，加入70g去离子水快速分散，抽真空脱除溶剂丙酮后得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色乳液，耐热温度175℃，固含量55.3％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例2
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸丁二醇酯和1.7g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空1.5h，降温到55℃，加入两滴二月桂酸二丁基锡，加13.5gIPDI反应2h，再加入2g二羟甲基丙酸和1g三羟甲基丙烷反应0.5h，再加入1g1,4-丁二醇保温反应2h，用1.1g三乙胺中和反应30min，以10g丙酮降低物料黏度，加入80g去离子水快速分散，抽真空脱除溶剂丙酮得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色乳液，耐热温度170℃，固含量52.5％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例3
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸丁二醇酯和3.8g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空1h，降温到85℃，滴加二滴二月桂酸二丁基锡，加28.5gIPDI反应2h，再加入5g二羟甲基丁酸和0.8g三羟甲基丙烷反应0.5h，再加2.5g1,4-丁二醇保温反应3h，用4.5g三乙胺中和反应30min，同时用20g丙酮降低物料黏度，再加101g去离子水快速分散，抽真空脱去溶剂丙酮，即得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色半透明乳液，耐热温度190℃，固含量为51.6％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例4
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸新戊二醇酯和4.3g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空1.5h，降温到45℃，滴加二滴二月桂酸二丁基锡，加16.2gTDI反应2h，接着加3.2g二羟甲基丙酸和1.5g三羟甲基丙烷反应0.5h，再加0.25g1,4-丁二醇保温反应2h，用2g三乙胺中和反应30min，同时用25g丙酮降低物料黏度，加90g去离子水快速分散，抽真空脱去丙酮即得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色乳液，耐热温度180℃，固含量48.3％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例5
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸新戊二醇酯和3.5g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空1.5h，降温到50℃，滴加二滴二月桂酸二丁基锡，加14.4gTDI反应1.5h，接着加3.5g二羟甲基丙酸和1g磷酸三乙二醇酯反应0.5h，再加1g一缩二乙二醇保温反应1.5h，用2g三乙胺中和反应30min，同时用10g丙酮降低物料黏度，加85g去离子水快速分散，抽真空脱去丙酮即得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色乳液，其耐热温度175℃，固含量48.1％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例6
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸新戊二醇酯和1.4g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空1.5h，降温到55℃，加入两滴二月桂酸二丁基锡，加13.7gIPDI反应1.5h，接着加2.5g二羟甲基丙酸和2g三羟甲基丙烷反应0.5h，再加0.8g1,4-丁二醇保温反应2 h，用2g三乙胺中和反应30min，同时用20g丙酮降低物料黏度，再加80g去离子水快速分散，抽真空脱去溶剂丙酮即得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色乳液，耐热温度170℃，固含量52.8％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例7
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸新戊乙二醇酯和1.5g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空脱水1h，降温到70℃，滴加一滴二月桂酸二丁基锡，加17.5TDI反应2h，再加6.2g二羟甲基丙酸和1g甘油反应40min，再加1g二缩三乙二醇保温反应3h，用4.5g三乙胺中和反应30min，同时用17g丙酮降低物料黏度，加95g去离子水，抽真空脱去丙酮，即得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色半透明乳液，耐热温度165℃，固含量47.9％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。
实施例8
在四口烧瓶中加入75g聚已二酸己二醇酯和2.5g纳米二氧化硅，加热熔融，100℃抽真空脱水1h，降温到80℃，滴加二滴二月桂酸二丁基锡，加22g IPDI反应2.5h，再加5g二羟甲基半酯和1.5g季戊四醇反应1h，再加0.8g乙二醇保温反应3h，用4.2g三乙胺中和反应30min，同时用10g丙酮降低物料黏度，加100g去离子水快速分散，抽真空脱去丙酮，即得到水性聚氨酯胶粘剂。该产品为淡蓝色半透明乳液，耐热温度180℃，固含量50.1％，PVC/PVC剥离强度5～7N/mm2。

Claims (7)

1.一种单组分高耐热性水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
a、用聚酯多元醇、纳米二氧化硅与二异氰酸酯反应，生成-NCO端基的预聚体；
b、添加亲水扩链剂及多元醇单体进一步反应；
c、以小分子二元醇扩链；
d、用三乙胺中和调节反应液至pH值6～7，加入占聚酯多元醇重量5～40%的丙酮降低物料黏度，用去离子水分散成淡蓝色半透明乳液；
e、真空脱除溶剂丙酮，得到单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是包括以下步骤：
a、将聚酯多元醇及纳米二氧化硅升温至90～120℃，真空脱水30～90min，降温后滴加占聚酯多元醇重量0.01～0.05%的二月桂酸二丁基锡，加入二异氰酸酯，在50～80℃反应1.5～2.5h，生成-NCO端基的预聚体；
其中，加入二异氰酸酯的量应满足：-NCO∶-OH=1～4∶1，其中-NCO表示异氰酸酯基摩尔数，-OH表示聚酯多元醇羟基摩尔数；纳米二氧化硅与聚酯多元醇的摩尔数比为0.01～0.5∶1；
b、添加亲水扩链剂及多元醇单体，于60～85℃扩链反应0.5～1h；
其中，亲水扩链剂与聚酯多元醇的摩尔数比为0.1～1.5∶1，多元醇单体与聚酯多元醇的摩尔数比满足0.01～0.5∶1；
c、按小分子二元醇与聚酯多元醇摩尔数比为0.01～1∶1的比例加入小分子二元醇，于50～75℃扩链反应1～3h；
d、用三乙胺中和调节反应液的pH值至6～7，加入占聚酯多元醇重量5～40%的丙酮降低物料黏度，加入去离子水搅拌2～10h，分散成固含量50%的淡蓝色半透明乳液；
e、真空减压脱除溶剂丙酮，即得到单组份高耐热性水性聚氨酯胶粘剂。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或二苯甲烷二异氰酸酯中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的聚酯多元醇是聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸丁二醇酯、聚已二酸一缩二乙二醇酯、聚已二酸已二醇酯、聚已二酸新戊二醇酯或聚已二酸二丙二醇酯中的一种，或者几种的任意比例混合物。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的亲水扩链剂是二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二羟甲基半酯。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的多元醇单体为甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷或磷酸三乙二醇酯。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是所述的小分子二元醇是指1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、己二醇、一缩二乙二醇或二缩三乙二醇。
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