CN102533200A - 双组份聚氨酯胶粘剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双组份聚氨酯胶粘剂，由A组份和B组份组成：A组份的原料组成及重量百分含量为：一元醇0-10％，多元醇30-90％、颜填料8-60％、纳米填料1-10％、催化剂0.01-1％、硅烷偶联剂0.1-5％，上述原料的总和为100％；B组份为异氰酸酯；A组份与B组份的重量比为1-5∶1。本发明制备得到的双组份聚氨酯胶粘剂的适用期明显延长，且固化速度成倍增加。

Description

双组份聚氨酯胶粘剂

技术领域

本发明属于胶粘剂技术领域，特别涉及一种双组份聚氨酯胶粘剂。

背景技术

聚氨酯胶粘剂一般分为单组份聚氨酯胶粘剂和双组份聚氨酯胶粘剂。单组份聚氨酯胶粘剂一般操作方便，但在生产过程中，一般都会添加有机溶剂，不符合环保要求；同时单组份聚氨酯胶粘剂一般为NCO基团封端，储存过程中易和空气中的水份反应，造成结皮、结块等现象，储存期较短；另外单组份聚氨酯胶粘剂一般不添加催化剂或仅添加极微量的催化剂，因而固化速度较慢，特别在低温环境中，甚至要24小时以上才能固化。

传统的无溶剂型双组份聚氨酯胶粘剂，在生产中不添加有机溶剂，符合环保要求；由于两组份分开存放，储存期较长，但两组份按化学配比混合好后，一般适用期太短，特别在高温季节，胶水混合后，粘度增长很快，造成后期使用困难，大量胶水报废或不能形成良好粘接，产生大量不合格品。即使在低温季节，虽然适用期延长，但同样固化时间也延长，影响客户的生产效率，虽然加入常规催化剂(有机铋、有机锡、胺类等)可以加快固化速度，但同样使适用期变得很短，影响后期操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种双组份聚氨酯胶粘剂。

具体的技术方案如下：

一种双组份聚氨酯胶粘剂，由A组份和B组份组成：

A组份的原料组成及重量百分含量为：一元醇0-10％、多元醇30-90％、颜填料8-60％、纳米填料1-10％、催化剂0.01-1％、硅烷偶联剂0.1-5％，上述原料的总和为100％；

B组份为NCO含量为10-33％的异氰酸酯或异氰酸酯预聚物；

A组份与B组份的重量比为1-5∶1。

优选地，所述A组份的原料组成及重量百分含量为一元醇0-10％、多元醇35-60％、颜填料30-60％、纳米填料2-5％、催化剂0.02-0.3％(更优选0.01-0.1％)、硅烷偶联剂2.5-3.5％，上述原料的总和为100％；所述A组份与B组份的重量比为2-5∶1。

优选地，所述一元醇为正丁醇、异丁醇、新戊醇、正辛醇中的一种或几种。

优选地，所述多元醇为聚醚多元醇或聚酯多元醇中的一种或几种。

优选地，所述颜填料为石英粉、高岭土、碳酸钙中的一种或几种。

优选地，所述纳米填料为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米二氧化锆中的一种或几种。

优选地，所述催化剂选自有机铋、有机锡、三乙烯二胺、四乙烯三胺或五乙烯四胺中一种或几种。

优选地，所述B组份为NCO含量为10-33％的MDI或MDI同系物或MDI预聚物。

本发明的另一目的是提供上述双组份聚氨酯胶粘剂的制备方法。

具体的技术方案如下：

一种上述的双组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备A组份，按重量百分含量准确称取各原料，将一元醇、多元醇倒入搅拌釜中，再加入颜填料充分搅拌均匀，然后对搅拌釜加热并抽真空至真空度为-0.08--0.1Mpa，当温度达到100-120℃后，继续保持真空1h，然后加入纳米填料，搅拌均匀，继续抽真空1h，最后加入催化剂和硅烷偶联剂，在真空加热条件下搅拌均匀，即得A组份；

(2)将A组份与B组份按1-5∶1的比例混合，即得所述双组份聚氨酯胶粘剂。

本发明以带有羟基一元醇或聚醚或聚酯二元醇或多元醇为主要原料，辅以一定的颜填料和纳米填料，加上一定量的催化剂(有机铋、有机锡、三乙烯二胺、四乙烯三胺、五乙烯四胺等)，以及特殊的硅烷偶联剂，在特定的工艺条件下，制成羟基树脂、功能颜填料与特殊结构包裹的催化剂共存的均匀体系(多元醇组份)。当上述多元醇组份与一定量的二异氰酸酯或其聚合物及混合物按照化学配比混合均匀后，大量的胶粘剂由于盛装在干净容器中，此时仅有表面一层胶粘剂与空气中的水份接触反应，在表面生成一层高分子薄膜，该层薄膜将胶粘剂与水份隔绝，使得被特殊包裹的核心催化剂无法释放出来，从而延长了适用期。当胶粘剂被均匀涂布在基材上时，由于胶粘剂较薄，其与空气中的水份充分地接触，这时上述特殊包裹的催化剂在一定量的水与异氰酸酯同时存在的情况下，会快速解封，释放核心催化剂，产生快速固化的效果。当基材(如木材、无机板、皮革、织物等)含有微量水份时，更能加快催化剂的解封，进一步提高固化速度。

本发明的优点是：

(1)以一元醇或多元醇、颜填料和纳米填料以及特殊的硅烷偶联剂，在特定的工艺条件下，制备了特殊结构包裹的催化剂，其相对未包裹的裸露的催化剂，明显延长了体系的适用期；

(2)由于包裹的结构很特殊，单位体积可以包裹更大量的催化剂，因而在催化剂被完全解封后，可以呈现更快更强的催化效应，突破了以往的催化极限，固化速度成倍增加；

(3)采用特殊的一元醇或多元醇、颜填料和纳米填料以及硅烷偶联剂包裹的催化剂，只有在一定量的水和异氰酸酯同时存在的情况下，才会彻底解封。相对于传统的单靠一种解封剂就能解封的催化剂更加稳定，并使最终产品结合产品的应用工艺，通过对水和异氰酸酯两者的调节，实现了更大的自由度和更好的预定效果。

附图说明

图1为剪切强度性能测试示意图。

具体实施方式

本发明实施例所使用的原料如下：

聚醚多元醇I-stick polyol 138购自广州睿腾化工；

聚酯多元醇Bayercoll DS 1165购自德国拜耳公司；

硅烷偶联剂Silquest A-187、Silquest A-Link 597、DF 691购自Momentive公司。

异氰酸酯：Suprasec 5005(二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的同分异构体和同系物)，购自Huntsman。

异氰酸酯预聚物：Desmodur E21(基于二苯基甲烷二异氰酸酯的异氰酸酯预聚物)，购自德国拜耳。

实施例1

本实施例所述的双组份聚氨酯胶粘剂，由A组份和B组份组成：

A组份的原料组成及重量百分含量为：60％的聚醚多元醇I-stick polyol138、35％的石英粉、2％的纳米碳酸钙、0.03％的催化剂二月桂酸二丁基锡、2％wt的Silquest A-187、0.97％wt的DF 691。

B组份为NCO含量为31％的Suprasec 5005；

A组份与B组份的重量比为5∶1。

上述双组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备A组份，按重量百分含量准确称取各原料，将聚醚多元醇I-stickpolyol 138倒入搅拌釜中，再加入石英粉填料充分搅拌均匀，然后对搅拌釜加热并抽真空至真空度为-0.1Mpa，当温度达到100℃后，继续保持真空1h，然后加入纳米碳酸钙，搅拌均匀，继续抽真空1h，最后加入催化剂和硅烷偶联剂，在真空加热条件下搅拌均匀，即得A组份；

(2)将A组份与B组份按5∶1的比例混合，即得所述双组份聚氨酯胶粘剂。

实施例2

本实施例所述的双组份聚氨酯胶粘剂，由A组份和B组份组成：

A组份的原料组成及重量百分含量为：2％wt的新戊醇、10％wt的聚酯多元醇Bayercoll DS 1165、25％的聚醚多元醇I-stick polyol 138、56％的高岭土、4％的纳米二氧化钛、0.05％的催化剂四乙烯三胺、1％wt的Silquest A-187、1％wt的Silquest A-Link 597、0.95％wt的DF 691。

B组份为NCO含量为16％的Desmodur E21；

A组份与B组份的重量比为2∶1。

上述双组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备A组份，按重量百分含量准确称取各原料，将聚酯多元醇BayercollDS 1165和聚醚多元醇I-stick polyol 138倒入搅拌釜中，再加入高岭土填料充分搅拌均匀，然后对搅拌釜加热并抽真空至真空度为-0.1Mpa，当温度达到110℃后，继续保持真空1h，然后加入纳米碳酸钙，搅拌均匀，继续抽真空1h，最后加入催化剂和硅烷偶联剂，在真空加热条件下搅拌均匀，即得A组份；

(2)将A组份与B组份按2∶1的比例混合，即得所述双组份聚氨酯胶粘剂。

实施例3  应用实验

1、适用期测试方法：参考GB/T 2794-1995

分别将实施例1、2中所制备的A组份和B组份在表1、2中所示的现场温度下，按比例，通过分散机(1500r pm转速下搅拌3分钟)混合均匀。然后启动秒表，每隔一分钟测试混合后胶水的粘度值，当胶水粘度达到或刚超过100,000mpa.s时，定义为终点，此时的时间即为适用期。

2、剪切强度性能测试(参见图1)：参考GB 7124-1986。

仪器：自动气压机，拉伸机，精度为1mm的量具。

试片：含水率10±2％，密度700±100Kg/m³的榉木(25×30×10)。

试样的制备：把胶涂在胶接面上，胶接面积为25mm×25mm，涂胶量100g/m2，用自动样品加压机将两块试片迭合胶接成试样，施加0.1-0.2N/mm2的压力。

测试步骤：

(1)用量具测量试样胶接部分的长度和宽度；

(2)把准备好的试样安放于夹具中，应使所施的力互相平行，启动拉伸机，记下受压剪切时最大的载荷。

计算方法：

(1)剪切强度的计算：δ＝P/(L×B)

式中：δ---剪切强度，Mpa或N/mm2

P---试样断裂时最大载荷，N

L---试样胶接部分的长度，mm

B---试样胶接部分的宽度，mm

(2)代表同一性能的试样一般不少于五个

在进行剪切强度性能测试时，双组份聚氨酯胶粘剂在施用到基材之前，要确保已充分混合均匀；

通过在自动压力机上施加恒压，用于压缩剪切试验的基材是标准榉木，其长×宽×高对应为30×25×10mm3；

现场温度误差不超过1℃；

粘合重叠面积是25×25mm²。

双组份聚氨酯胶粘剂在基材榉木/榉木中的应用：

分别将实施例1、2中所制备的A组份和B组份按表1、2中所示的比例应用于榉木/榉木的粘接。将各个配方分别在表1、2所示的现场温度下混合，并涂布在基材榉木/榉木，加压一段时间，如下表1、2所示。如上所述测试剪切强度，结果示于下表1、2中。

表1.不同温度下实施例1组份A和B混合后的各性能对比

表1.不同温度下实施例2组份A和B混合后的各性能对比

通常情况下，以榉木/榉木为例，当剪切强度超过2.4Mpa时，粘接基材可以满足被卸压并进行轻加工的要求。从表1、2可以看出，实施例中的双组份聚氨酯胶粘剂在0-30℃这么宽的范围内都具有较长的适用期(≥60min)，完全可以满足大部分客户的实际操作工艺(一般要求适用期≥40min)。同时在15℃或以上温度时，具有极快的固化速度，2小时内就达到了较高的强度，特别当温度超过20℃时，1小时内可以达到客户的卸压要求，这成倍地提高了客户的生产效率。即使在低温环境中，0-10℃间，也可以保证2-4小时内达到客户的卸压要求，保证客户在低温季节的产能。

实施例4对比试验

将本发明的双组份聚氨酯胶粘剂与市售传统的单组份聚氨酯胶粘剂及传统的双组份聚氨酯胶粘剂进行对比试验，试验结果如表3所示：

表3本发明产品与市售产品性能对比

从上表可以看出，本发明聚氨酯胶粘剂相对单组份聚氨酯胶粘剂更加环保，有利于工人的健康以及提高了最终产品的品质，同时储存期更长，有利于减少废品，同时方便客户灵活安排库存量。本发明聚氨酯胶粘剂相对市售的双组份聚氨酯胶粘剂1或2都具有更长的适用期和更快的固化速度，方便客户的操作，减少胶水浪费，并最终提高产品整体质量。按照产能计算，使用本发明聚氨酯胶粘剂，客户的产能是使用单组份聚氨酯胶粘剂的2.5-6倍；是使用双组份聚氨酯胶粘剂的1.5-4倍，其直接带来的经济效益非常显著，而由此间接带来的经济效益更是无法估量。

以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (9)

1.一种双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，由A组份和B组份组成：

A组份的原料组成及重量百分含量为：一元醇0-10％、多元醇30-90％、颜填料8-60％、纳米填料1-10％、催化剂0.01-1％、硅烷偶联剂0.1-5％，上述原料的总和为100％；

B组份为NCO含量为10-33％的异氰酸酯或异氰酸酯预聚物；

A组份与B组份的重量比为1-5∶1。

2.根据权利要求1所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述A组份的原料组成及重量百分含量为：一元醇0-3％、多元醇35-60％、颜填料30-60％、纳米填料2-5％、催化剂0.02-0.3％、硅烷偶联剂2.5-3.5％，上述原料的总和为100％；所述A组份与B组份的重量比为2-5∶1。

3.根据权利要求1或2所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述所述一元醇为正丁醇、异丁醇、新戊醇、正辛醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述多元醇为聚醚多元醇或聚酯多元醇中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述颜填料为石英粉、高岭土、碳酸钙中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述纳米填料为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米二氧化锆中的一种或几种。

7.根据权利要求1或2所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述催化剂选自有机铋、有机锡、三乙烯二胺、四乙烯三胺或五乙烯四胺中一种或几种。

8.根据权利要求1或2所述的双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述B组份为NCO含量为10-33％的MDI或MDI同系物或MDI预聚物。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的双组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备A组份，按重量百分含量准确称取各原料，将一元醇、多元醇倒入搅拌釜中，再加入颜填料充分搅拌均匀，然后对搅拌釜加热并抽真空至真空度为-0.08～-0.1Mpa，当温度达到100-120℃后，继续保持真空0.5-2h，然后加入纳米填料，搅拌均匀，继续抽真空0.5-2h，最后加入催化剂和硅烷偶联剂，在真空加热条件下搅拌均匀，即得A组份；

(2)将A组份与B组份按1-5∶1的比例混合，即得所述双组份聚氨酯胶粘剂。

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