CN102911636B - 一种双组分聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双组分聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用，其中双组分聚氨酯胶粘剂包括A组分和B组分，A组分和B组分独立包装，在使用时按（1.8～2.2）：（0.8～1.2）的质量比混合均匀后，即得。其中A组分主要包括精制蓖麻油、氢化蓖麻油、云母粉、流平剂、润湿剂、催化剂、硬酯酸单甘油酯和均苯三甲酰氯，B组分主要异氰酸酯、精制蓖麻油、氢化蓖麻油，三羟甲基丙烷和硬脂酸盐。本发明的胶粘剂耐腐蚀性、耐候性强，稳定性高，熔融流动性好，粘合强度高，密封性能好，不黄变，适用于反渗透膜特别是膜片含水率在10%以上的反渗透膜的密封粘接以及中空超滤膜的灌封，可以完全避免因为密封不好导致胶线出现隧道效应。
Description
技技术领域
本发明涉及一种双组分聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用，特别涉及一种适用于膜片含水率在10%以上的反渗透膜元件粘接以及中空超滤膜灌封的双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，一般用高分子材料制成。如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的透过速度相对较快。因此一种满足使用需要的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。反渗透膜应具有以下特征：（1）在高流速下应具有高效脱盐率；（2）具有较高机械强度和使用寿命；（3）能在较低操作压力下发挥功能；（4）能耐受化学或生化作用的影响；（5）受pH值、温度等因素影响较小。反渗透膜的膜元件为螺旋卷式结构，简称卷式结构，由多叶膜袋组成，每一叶膜袋由两片膜正面相背的膜片、置于两片膜片间的产品水流道和放置在膜表面的湍流网格状进水流道组成，该膜袋三边用胶粘剂密封，第四边开口于有孔的产水收集管上；与其它元件结构，如管式、板式和中空纤维式相比，具有水流分布均匀、耐污染程度高、更换费用低、外部管路简单、易于清洗维护保养和设计自由度大等许多优点，成为目前主要膜元件结构形式。中空纤维膜组件的组装是把大量（有时是几十万或更多）的中空纤维膜，弯成U形而装入圆简型耐压容器内。纤维束的开口端用胶粘剂浇铸成管板进行灌封。纤维束的中心轴部安装一根原料液分布管，使原液径向均匀流过纤维束。纤维束的外部包以网布使纤维束固定并促进原液的湍流状态，淡水透过纤维的管壁后，沿纤维的中空内腔，经管板放出，被浓缩了的原水则在容器的另一端排掉。
保证反渗透膜元件性能能否合格的关键除了膜片要合格以外，胶粘剂的粘接密封性能的好坏至关重要。用普通的聚氨酯或其他材料的胶粘剂进行粘接时，根本无法解决胶线完全封闭的问题，通常会在胶线处产生非常严重的隧道效应，这样膜元件在运行时候会发生盐或其他有害杂质泄漏而导致膜元件报废。即使是适用于中空超滤膜灌封的密封性能优越的胶粘剂，当膜片的含水率超过10份以后，胶线也会出现轻微的隧道效应。目前，反渗透膜和中空超滤膜可分为干膜和湿膜两种，其中干膜比较方便运输和存放，但是通量比湿膜略低些；而湿膜则因为用亲水剂处理而在存放时必须有大量保护液，在保存和运输上不及干膜，但具有精度高、出水量稳定、不易堵塞的优点。因此，急需解决湿膜的粘接封闭的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于解决现有技术中聚氨酯胶粘剂封闭性不佳的问题，提供适用于膜片含水率在10%以上的反渗透膜元件粘接以及中空超滤膜灌封的一种双组分聚氨酯胶粘剂。
本发明的目的之二在于提供上述双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述双组分聚氨酯胶粘剂用于膜片含水率在10%以上的反渗透膜元件粘接以及中空超滤膜灌封的应用。
本发明的目的是通过如下方案实现的：
一种双组分聚氨酯胶粘剂，由A组分和B组分制成，其中A组分和B组分独立包装，在使用时按（1.8～2．2）：（0．8～1．2）的质量比混合均匀后，即得该双组分聚氨酯胶粘剂；
A、B组分由以下重量份的原料组成：
A组分：
B组分：
其中，A组分中的所述云母粉主要是指鳞片状的绢云母粉。
其中，A组分中的所述流平剂为聚醚改性有机硅、氟改性丙烯酸酯中的任一种或几种组合；
其中，A组分中的所述润湿剂为饱和聚羧酸胺盐。
其中，A组分中的所述催化剂为胺类催化剂、有机金属类催化剂中的任一种或几种组合；
其中，B组分中的所述异氰酸酯为甲苯环己撑二异氰酸酯(HTDI)、4，4’-双（异氰酸酯环己烷）甲烷(HMDI)、二甲苯撑二异氰酸酯(XDI)、己二异氰酸酯(HDI)、2,2,4-三甲基己烷撑二异氰酸酯(TMDI)、2，6-二异氰酸酯甲基己酸酯（LDIM）中的任一种或几种组合。
其中，B组分中的硬脂酸盐为硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡中的任一种或几种组合。
具体地，前述A、B组分由以下重量份的原料组成：
A组分：
B组分：
更加具体地，A、B组分由以下重量份的原料组成：
A组分：
B组分：
前述双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，主要包括以下步骤：
（1）A组分的制备：按配方将精制蓖麻油、氢化蓖麻油、云母粉、流平剂、润湿剂、硬酯酸单甘油酯和均苯三甲酰氯混合均匀后，在80～100℃下，反应1～2h，然后加入催化剂，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将异氰酸酯、精制蓖麻油、氢化蓖麻油、三羟甲基丙烷和硬脂酸盐混合均匀后，在80～140℃下，反应1～4h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按（1.8～2．2）：（0．8～1．2）的质量比混合后充分搅拌均匀。
一种双组分聚氨酯胶粘剂用于反渗透膜特别是膜片含水率在10%以上的反渗透膜的密封粘接以及中空超滤膜的灌封的应用。
在上述A组分中，精制蓖麻油和氢化蓖麻油都是重要的化工原料，可用于增塑剂，不但降低了生产成本，也可使制品性能获得相应改善；氢化蓖麻油由于具有高熔点可制分散更均匀的产品。云母粉具有良好的弹性、韧性、绝缘性，且耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强，尤其是具有鳞片结构的绢云母粉，鳞片云母粉能屏蔽水、氧、离子等腐蚀因子的透过，切断膜中的毛细孔导致的泄漏；互相平行交迭的鳞片在胶膜中起到迷宫效应，延长腐蚀因子渗入漆膜的途径，提高胶线的防腐能力；而且鳞片云母粉还能降低胶层的收缩应力，避免胶层的开裂、脱落。作为添加剂使用，可提高机械强度，抗老化，增强韧性、附着力、耐腐蚀性等。流平剂溶解性好，可增强流平性、抗缩孔性，调整挥发速度。润湿剂可使胶粘剂在固体表面形成连续相，使胶层涂抹均匀。胺类催化剂、有机金属类催化剂可以加快聚氨酷的最后聚合速率和固化速度。均苯三甲酰氯（TMC）与组分中的其他物质发生复杂的化学反应，可以有效提高胶的粘接力和封闭性能。硬酯酸单甘油酯（C21H42O4）与树脂有好的相容性，除有内外润滑作用外，还兼有发沉、消沉，防老化及控制脂肪酸凝聚的作用，可改善塑料的加工性，降低动力消耗，提高生产效率及产品质量。
在上述B组分中，所述的异氰酸酯是聚氨酯树脂合成的重要原料，是有机合成的重要中间体，反应比较温和，不容易黄变，可用于合成一系列性能优良的胶粘剂。三羟甲基丙烷（TMP，分子式为CH3CH2C(CH2OH)3）是一种重要的精细化工产品，它是树脂行业常用的扩链剂，可作为多官能性单体加于树脂中，经电子射线、紫外线等交联或聚合，以起到改进树脂性能的作用；其熔点低，分子结构中有3个羟甲基，可与有机酸反应生成单酯或多酯，与醛、酮反应生成缩醛、缩酮，与二异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯等。硬脂酸盐不仅具有润滑性和斥水性，还具有热稳定性和熔融性，常作为脱模剂使用。B组分的各种物质混合发生反应后，可以体现出优良的渗透和密封性能，尤其是与A组分按比例混合，将进一步提高其渗透性能和密封性能，并且大大减小水对其反应的干扰，非常有利于用在比较潮湿的物体表面。
A组分和B组分独立包装，在使用时才混合，有利于胶粘剂的长期贮存，并保证较好的胶粘质量。两组分混合后不会快速凝胶，因而有较长的可操作时间，一旦加热就会很快固化，固化时间可自由控制。
本发明的有益效果：耐腐蚀性、耐候性强，稳定性高，熔融流动性好，粘合强度高，密封性能好，不黄变，适用于反渗透膜特别是膜片含水率在10%以上的反渗透膜的密封粘接以及中空超滤膜的灌封，可以完全避免因为密封不好导致胶线出现隧道效应。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
（1）A组分的制备：取精制蓖麻油50g、氢化蓖麻油2g、云母粉1g、聚醚改性有机硅0．1g、饱和聚羧酸胺盐0．1g、硬酯酸单甘油酯2g和均苯三甲酰氯0．1g混合均匀后，在80℃下，反应2h，然后加入有机金属类催化剂0．01g，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将甲苯环己撑二异氰酸酯40g、精制蓖麻油5g、氢化蓖麻油1g、三羟甲基丙烷1g和硬脂酸钠1g混合均匀后，在80℃下，反应4h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按1．8：0．8的质量比混合后充分搅拌均匀。
实施例2
（1）A组分的制备：取精制蓖麻油60g、氢化蓖麻油5g、云母粉5g、聚醚改性有机硅0．3g、饱和聚羧酸胺盐0．5g、硬酯酸单甘油酯4g和均苯三甲酰氯2g混合均匀后，在90℃下，反应1．5h，然后加有机金属类入催化剂0．03份，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将二甲苯撑二异氰酸酯50g、精制蓖麻油40g、氢化蓖麻油15g、三羟甲基丙烷2g和硬脂酸钾3g混合均匀后，在100℃下，反应3h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按1.8：1．2的质量比混合后充分搅拌均匀。
实施例3
（1）A组分的制备：取精制蓖麻油70g、氢化蓖麻油10g、云母粉10g、氟改性丙烯酸酯0．5g、饱和聚羧酸胺盐1g、硬酯酸单甘油酯6g和均苯三甲酰氯3g混合均匀后，在90℃下，反应1．5h，然后加入胺类催化剂0．05g，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将己二异氰酸酯70g、精制蓖麻油20g、氢化蓖麻油25g、三羟甲基丙烷3g和硬脂酸钙5g混合均匀后，在120℃下，反应2h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按1：1的质量比混合后充分搅拌均匀。
实施例4
（1）A组分的制备：取精制蓖麻油80g、氢化蓖麻油15g、云母粉15g、氟改性丙烯酸酯0．7g、饱和聚羧酸胺盐1．5g、硬酯酸单甘油酯8g和均苯三甲酰氯4g混合均匀后，在100℃下，反应1h，然后加入胺类催化剂0．07g，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将2,2,4-三甲基己烷撑二异氰酸酯80g、精制蓖麻油35g、氢化蓖麻油5g、三羟甲基丙烷4g和硬脂酸镁7份混合均匀后，在140℃下，反应1h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按2.2：0．8的质量比混合后充分搅拌均匀。
实施例5
（1）A组分的制备：取精制蓖麻油95g、氢化蓖麻油20g、云母粉20g、氟改性丙烯酸酯1g、饱和聚羧酸胺盐2g、硬酯酸单甘油酯10g和均苯三甲酰氯5g混合均匀后，在100℃下，反应1h，然后加入胺类催化剂0．1份，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将2,2,4-三甲基己烷撑二异氰酸酯90g、精制蓖麻油40g、氢化蓖麻油5g、三羟甲基丙烷5g和硬脂酸镁10g混合均匀后，在140℃下，反应1h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按2.2：1．2的质量比混合后充分搅拌均匀。
实施例6双组份聚氨酯胶粘剂的性能检测
根据中国专利ZL200810114297．9公开的实施例4制备出无溶剂型双组份聚氨酯胶粘剂作为对照样。按实施例1--5所述方法制备5个试样。各个试样的各性能指标结果见表1。
按照《卷式反渗透膜组件测试方法》HY/T 107-2008(6.1)规定的气密性能测试方法和标准来检测本发明实施例各试样与对照样，得到的气密性能结果见表1。
表1双组份聚氨酯胶粘剂性能
由表中数据可以看出本发明实施例中双组份聚氨酯胶粘剂试样的最高可耐温度范围在150℃～165℃，具有较强的耐高温性。
在常温放置24小时后，本发明实施例试样可以达到无法剥离，而对照样达到的效果为不易剥离，可见本发明实施例试样的粘接强度优于对照样；再将各试样放入水中24小时，本发明实施例试样效果依然为无法剥离，而对照样达到的效果为不易剥离，说明本发明实施例试样具有较好的稳定性和耐水性，优于对照样。
本发明实施例试样的耐化学药品性能结果显示，耐强碱性和耐强酸性都为优秀，而对照样耐化学药品性能为良，可见本发明实施例试样的耐化学腐蚀性更好。
按照《卷式反渗透膜组件测试方法》HY/T 107-2008(6.1)标准检测密封性能，结果显示本发明实施例试样均能够达到优秀的密封性能，优于对照样，由此可见本发明的组分及其含量范围效果较好。
综上所述，本发明实施例试样的粘合强度、稳定性、耐水性、耐化学药品性能和气密性比现有技术中的双组份聚氨酯胶黏剂更佳。
在本发明实施例试样中，实施例1至实施例5的试样的组分含量依次递增，实施例1试样最低，实施例5试样最高，由表1可看出本发明的高组分含量胶粘剂的效果优于低组分含量胶粘剂。
Claims (11)
1.一种双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：由A组分和B组分制成，其中A组分和B组分独立包装，在使用时按（1.8～2.2）：（0.8～1.2）的质量比混合均匀后，即得该双组分聚氨酯胶粘剂；所述A、B组分由以下重量份的原料组成：
A组分：
2.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：A、B组分由以下重量份的原料组成：
A组分：
3.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：A、B组分由以下重量份的原料组成：
A组分中的所述云母粉指鳞片状的绢云母粉。
4.根据权利要求1或3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A组分中的流平剂为聚醚改性有机硅、氟改性丙烯酸酯中的任一种或几种组合。
5.根据权利要求1或3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A组分中的润湿剂为饱和聚羧酸胺盐。
6.根据权利要求1或3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A组分中的催化剂为胺类催化剂、有机金属类催化剂中的任一种或几种组合。
7.根据权利要求1或3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的异氰酸酯为甲苯环己撑二异氰酸酯(HTDI)、4,4’-双（异氰酸酯环己烷）甲烷(HMDI)、二甲苯撑二异氰酸酯(XDI)、己二异氰酸酯(HDI)、2,2,4-三甲基己烷撑二异氰酸酯(TMDI)、2,6-二异氰酸酯甲基己酸酯（LDIM）中的任一种或几种组合。
8.根据权利要求1或3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的硬脂酸盐为硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡中的任一种或几种组合。
9.制备如权利要求1～3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
（1）A组分的制备：按配方将精制蓖麻油、氢化蓖麻油、云母粉、流平剂、润湿剂、硬酯酸单甘油酯和均苯三甲酰氯混合均匀后，在80～100℃下，反应1～2h，然后加入催化剂，搅匀制得A组分；
（2）B组分的制备：按配方将异氰酸酯、精制蓖麻油、氢化蓖麻油、三羟甲基丙烷和硬脂酸盐混合均匀后，在80～140℃下，反应1～4h制得B组分；
（3）A组分和B组分的混合：将上述制得的A组分和B组分独立包装，在使用时按（1.8～2.2）：（0.8～1.2）的质量比混合后充分搅拌均匀。
10.权利要求1～3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂用于反渗透膜密封粘接以及中空超滤膜的灌封的应用。
11.权利要求1～3任一所述的双组分聚氨酯胶粘剂用于膜片含水率在10%以上的反渗透膜的密封粘接的应用。
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