CN103205232A - 一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法，由多亚甲基多苯基多异氰酸酯和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇的配方反应制得的；其中多亚甲基多苯基多异氰酸酯与聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇按反应摩尔配比配方，或者多亚甲基多苯基多异氰酸酯按反应摩尔比配比比聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇过量1～2倍。本发明蒸汽压小、毒性小，对人体或环境无伤害，根本改善了有机挥发物、能源消耗和异种材料粘接等问题，成本显著降低，是一种环保型的聚氨酯胶黏剂；本发明具有30分钟内胶接生材的性能，具有优良的化学粘接力、良好的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘接领域。

Description

一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯胶黏剂技术领域，具体说是一种可交接生材的单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法，属林业工程中的木材科学与工程技术领域。

背景技术

鉴于当前木材加工原料结构的根本性变化，且伴随人们环保意识的增强和对生活质量要求的提高，本着对速生小径木、优质珍贵树种间伐材等的高效利用，同时满足人们对环境友好型胶黏剂以及降低木质材料胶接制品生产成本的需要和目的，开发研制环保型、价格低廉、能胶接高含水率木质材料的木材加工用合成树脂胶黏剂以及对新的加工技术与方法的探索，是木质材料胶接用胶黏剂和胶接技术方面一个亟待解决的新课题。

目前应用于木材加工工业的聚氨酯胶黏剂主要原料就是异氰酸酯，其主要化学反应为：异氰酸酯与醇类化合物的反应生成聚氨酯。目前最常用的异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。这种胶黏剂存在如下问题：①甲苯二异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯具有一定的毒性，会对生成人员及环境产生危害。②生产时需要控制被胶接材料的含水率范围，增加生产成本且磨损刀具。③异种材料复合胶接困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种以多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为主要原料，提供一种可快速胶接生材的单组分湿固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：

胶黏剂的配方包括：按反应摩尔配比的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)和聚氧化乙二醇(PEG)或/和聚氧化丙烯三醇，多亚甲基多苯基多异氰酸酯份量也可以按反应摩尔比比多元醇羟基过量1～2倍。

该胶黏剂的配方中还包括增塑剂、添加剂、溶剂、催化剂。

所述的增塑剂为领苯二甲酸二丁酯。

所述的添加剂为抗氧化剂、紫外线吸收剂。

所述的溶剂为丁酮或丙酮。

所述的催化剂为叔胺类或有机锡类化合物，例如二丁基氧化亚锡或/和乙二醇，二者可以单独使用，也可以按1∶1的比例复配使用。

本发明的主要化学反应为：

(1)树脂胶接固化反应，生成聚氨酯-聚脲结构

(2)生成第一、第二化学键

第一化学键胶接示意

第二化学键胶接示意

由于本发明中含有活泼的-NCO基团，当其暴露在空气中时，可以与空气中的微量水分发生反应。粘接时，本发明与所要粘接的基材表面吸附水分以及同原料中的羟基等活性氢基团发生化学反应，产生稳定的聚氨酯-聚脲结构。由于这种聚脲结构的交联桥，本发明可在30分钟内胶接生材，直接刨切，无需干燥，故节省能源消耗，工艺过程时间短，耐水、耐候性能优异用胶量低，降低生产成本。

本发明的制备方法为：按反应摩尔配比配方将多亚甲基多苯基多异氰酸酯和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇置于反应器中反应；或者多亚甲基多苯基多异氰酸酯按反应摩尔比配比比聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇过量1～2倍置于反应器中反应；充分搅拌出料，即得胶黏剂。

为了进一步增强制得的胶黏剂物理和化学性能，在反应还可以加入增塑剂、添加剂、溶剂、催化剂，其反应步骤为：

(1)按反应摩尔配比配方将多亚甲基多苯基多异氰酸酯和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇置于反应器中反应；或者多亚甲基多苯基多异氰酸酯按反应摩尔比配比比聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇过量1～2倍置于反应器中反应，充分搅拌；

(2)加入溶剂丁酮或/和丙酮，搅拌、混合均匀，所加入的溶剂的含量不超过原料重量的10％；

(3)逐渐升温到68～72℃时保温，降温至50℃加入增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和催化剂，搅拌均匀后出料；所加入的增塑剂不超过原料重量的20％，抗氧化剂和紫外线吸收剂均为原料重量的0.05％～3％范围内，催化剂为原料重量的0.05％～2％范围内。

由于本发明中含有活泼的-NCO基团，当其暴露在空气中时，可以与空气中的微量水分发生反应。粘接时，本发明与所要粘接的基材表面吸附水分以及同原料中的羟基等活性氢基团发生化学反应，产生稳定的聚氨酯-聚脲结构。由于这种聚脲结构的交联桥，本发明可在30分钟内胶接生材，直接刨切，无需干燥，故节省能源消耗，工艺过程时间短，耐水、耐候性能优异用胶量低，降低生产成本。

本发明不同于目前的湿固化产品，其采用多亚甲基多苯基多异氰酸酯取代目前的二苯基甲烷二异氰酸酯，其蒸汽压小、毒性小，对人体或环境无伤害，是一种环保型的聚氨酯胶黏剂。同时，本发明具有30分钟内胶接生材的性能，具有优良的化学粘接力、良好的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘接领域，特别适用于制备人造薄木。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

本发明为一种单组分快速湿固化聚氨酯胶黏剂，其配方包括：按反应摩尔配比的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇，该胶黏剂的配方还包括增塑剂、添加剂、溶剂、催化剂。所述的增塑剂为领苯二甲酸二丁酯，所述的添加剂为抗氧化剂、紫外线吸收剂，所述的溶剂为丁酮或丙酮，所述的催化剂为叔胺类或/有机锡类化合物。

首先，将聚乙二醇或/聚氧化丙烯三醇加入三口烧瓶内，升温至50～60℃抽真空，在105～115℃，真空度为999.649kPa条件下脱水1～2h，然后冷却至40℃以下，放入干燥的棕色容器内密封保存备用。

其次，在室温条件下，干燥的反应釜中充入氮气，在100份的聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇按反应摩尔配比加入多亚甲基多苯基多异氰酸酯，搅拌15分钟。多亚甲基多苯基多异氰酸酯份量也可以按反应摩尔比比多元醇羟基过量1～2倍。

然后，快速加入溶剂丁酮或丙酮，搅拌、混合均匀即可，也可与上述两种原料同时加入；溶剂的含量不超过原料重量的10％。

逐渐升温到68～72℃时保温60分钟，降温至50℃加入增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和催化剂，搅拌均匀后出料。其中增塑剂为领苯二甲酸二丁酯，抗氧化剂可选择二丁基羟基甲苯(BHT)，紫外线吸收剂可采用型号为UV770的紫外线吸收剂，催化剂可选用二丁基氧化亚锡或/和乙二醇。添加剂在本实施例中的比重为：增塑剂不超过20％，抗氧化剂和紫外线吸收剂均为为0.05％～3％范围内，催化剂为原料重量的0.05％～2％范围内。

最后密封保存在干燥的深棕色玻璃容器内。

采用上述方法制得的胶黏剂技术指标如下表：

本发明不同于目前的湿固化产品，采用多亚甲基多苯基多异氰酸酯取代目前的二苯基甲烷二异氰酸酯，其蒸汽压小、毒性小，对人体或环境无伤害，是一种环保型的聚氨酯胶黏剂；

其次，本发明有很强极性的活泼化学键-NCO-、-NHCOO-基团，与含活泼氢的基材，如木材、泡沫、塑料、皮革、织物、等多孔材料以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接；

再者，本发明具备良好的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘合领域，同时，也具有良好的柔韧特性；

本发明还具有30分钟内胶接生材的特性，具有优良的化学粘接力、良好的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘接领域，特别适用于制备人造薄木；

另外，本发明在低温和超低温情况下的特性较同类产品稳定，并且在高温环境下具有良好的耐候性，不会水解老化。

Claims (5)

1.一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂，其特征在于：所述胶黏剂是由多亚甲基多苯基多异氰酸酯和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇的配方反应制得的；其中多亚甲基多苯基多异氰酸酯与聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇按反应摩尔配比配方，或者多亚甲基多苯基多异氰酸酯按反应摩尔比配比比聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇过量1～2倍。

2.如权利要求1所述的一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂，其特征在于：所述胶黏剂的配方中还包括增塑剂、添加剂、溶剂和催化剂。

3.如权利要求2所述的一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂，其特征在于：所述的增塑剂为领苯二甲酸二丁酯；所述的添加剂为抗氧化剂、紫外线吸收剂；所述的溶剂为丁酮或/和丙酮，所述的催化剂为叔胺类或/有机锡类化合物。

4.如权利要求1所述的一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：在室温条件下，按反应摩尔配比配方将多亚甲基多苯基多异氰酸酯和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇置于反应器中反应；或者多亚甲基多苯基多异氰酸酯按反应摩尔比配比比聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇过量1～2倍置于反应器中反应；充分搅拌，反应完全得胶黏剂。

5.如权利要求3所述的一种单组份快速湿固化聚氨酯胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按反应摩尔配比配方将多亚甲基多苯基多异氰酸酯和聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇置于反应器中反应；或者多亚甲基多苯基多异氰酸酯按反应摩尔比配比比聚氧化乙二醇或/和聚氧化丙烯三醇过量1～2倍置于反应器中反应；充分搅拌；

(2)加入溶剂丁酮或/和丙酮，搅拌、混合均匀，所加入的溶剂的含量不超过原料重量的10％；

(3)逐渐升温到68～72℃时保温，降温至50℃加入增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和催化剂，搅拌均匀后出料；所加入的增塑剂不超过原料重量的20％，抗氧化剂和紫外线吸收剂均为原料重量的0.05％～3％范围内，催化剂为原料重量的0.05％～2％范围内。