CN103820070A - 水性聚氨酯压敏胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯压敏胶及其制备方法，所述压敏胶由以下物质组成：聚醚多元醇、阻燃改性异氰酸酯、复配扩链剂、水。该水性聚氨酯具有内阻燃及润湿性与内聚力平衡等特点。

Description

水性聚氨酯压敏胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯压敏胶及其制备方法。

 

背景技术

随着高科技的发展，压敏胶带和标签广泛用于汽车、电子电器、风力发电装置、航空等领域，进行捆扎、遮蔽、密封、保护、拼接、模印、固定、标示、防腐等，其需求增长迅速。

随着汽车、电子电器、风力发电装置、航空等领域的发展及其性能要求的不断提高，压敏胶

带和标签作为该领域必需的一类重要辅助材料，其应用越来越广泛。压敏胶带和标签作为一种工业消费品，在各行各业中大量使用。普通的压敏胶带和标签技术已很成熟，其产量供过于求，然而在汽车、电子行业等领域用的压敏胶带和标签要求具有良好的阻燃性及较好的内聚力，保证在粘接后受到剥离力或者剪切力时不会发生胶层破坏，能方便的对被粘物进行修复或二次粘接。

目前在国内用于汽车、电子工业等领域用的压敏胶带和标签大多使用溶剂型压敏胶，溶剂型压敏胶由于含有大量挥发性有机化合物（VOC），对环境污染严重。随着我国环保法规的日益健全以及人们环保意识的增强，质量好、无污染、环保型胶粘剂将取代溶剂型。水性聚氨酯胶粘剂，简称水性PU胶粘剂，它具有耐低温性能好、粘接强度较高、柔韧性好、无毒、不污染环境、节省能源等优点，且其粘度不随聚合物分子量的改变有明显差异，可以通过调整硬段和软段这两个主体成分，就能满足压敏胶中最重要的润湿性和内聚力的平衡。

压敏胶作为汽车、电子工业等领域的重要一员，必然需要优秀的阻燃性能，目前市售的绝大多数阻燃型压敏胶都采用外添加阻燃剂的方法，而外添加阻燃剂极易迁移至粘接物表面影响粘接性能，且随着时间的推移，阻燃效果会越来越差。

 

发明内容

本发明从以上缺点出发，开发出具有内阻燃和内聚强度最佳的水性聚氨酯压敏胶。

一种水性聚氨酯压敏胶，由以下物质组成：

聚醚多元醇

阻燃改性异氰酸酯

复配扩链剂

水

本发明的水性聚氨酯压敏胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将阻燃剂与异氰酸酯混合，加热反应，得到阻燃改性异氰酸酯；

（2）将阻燃改性异氰酸酯与聚醚多元醇混合，加热反应一段时间后加入复配扩链剂其中一个组分，继续反应加热，得到预聚体；

（3）在预聚体中添加复配扩链剂其中另一组分，加热反应后得到聚氨酯预聚体；

（4）将聚氨酯预聚体与水混合得到水性聚氨酯乳液；

（5）将水性聚氨酯乳液涂覆于薄膜并干燥。

 

具体实施方式

下面，对本发明涉及的实施方式进行说明。另外，本发明，不受下面说明的实施方式、实施例的限定。

如上所述，根据本发明的一种水性聚氨酯压敏胶是包含水、聚醚多元醇、阻燃改性异氰酸酯、复配扩链剂。

本发明主要选用水、聚醚多元醇、阻燃改性异氰酸酯、复配扩链剂作为实施例中所包含的物质。

 

水

本发明以水代替有机溶剂作为聚氨酯的分散介质。

 

聚醚多元醇

聚醚多元醇是主链含有醚键(—R—O—R—)，端基或侧基含有不少于2个羟基(—OH)的低聚物。

本发明的聚醚多元醇采用官能度不小于3的聚醚多元醇。

所述的聚醚多元醇可选用聚醚N220、聚醚N330、聚四氢呋喃二醇、聚氧四亚甲基二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯多元醇中的一种或几种。

含醚键的高官能度多元醇，一则可以利用醚键的柔性提高同基材之间的润湿性，二则可以通过多官能团反应形成空间立体结构，提高压敏胶自身内部的内聚力，获得润湿性和内聚力的完美平衡。

以水为100质量份为参考，本发明的聚醚多元醇含量在50-70重量份。

 

阻燃改性异氰酸酯

本发明的阻燃改性异氰酸酯采用多元醇磷酸酯改性异氰酸酯。

所述的多元醇磷酸酯结构如下：

其中，R₁、R₂、R₃中至少含有一个羟基基团，R₁、R₂、R₃可独立表示为氢、直链或支链的饱和或不饱和醇或羟基醚、直链或支链的胺或羟基胺、环氧物及其醇。

优选的，多元醇磷酸酯中的多元醇或含氮多元醇包括乙二醇、丙三醇、乙二醇单乙醚、聚氧乙烯醚丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种。

优选的，多元醇磷酸酯包括二元醇磷酸酯，四元醇磷酸酯，六元醇磷酸酯，R1、R2、R3其中至少一个含有二羟基结构。

更优选的，多元醇磷酸酯选择含氮多元醇磷酸酯。

所述的多异氰酸酯包括但不限于TDI、MDl和PAPI中的一种或几种。

磷系阻燃剂在燃烧过程中产生磷酸酐或磷酸，促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。磷酸酐在热解时还形成了类似玻璃状的熔融物覆盖在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用。在氮系阻燃剂中，氮的化合物和可燃物作用，促进可燃物交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。

另外，外添加的阻燃剂以迁移，稳定性差。本发明采用内阻燃技术，将阻燃剂中的-OH与异氰酸酯中的-NCO反应交联，形成均一相产物，可同时具备磷系和氮系阻燃效果，阻燃性不会随时间而减弱。

以水为100质量份为参考，本发明的多元醇磷酸酯阻燃剂含量在2-25份，异氰酸酯含量在15-25份。

 

复配扩链剂

所述的复配扩链剂为多元醇型扩链剂与磺酸型扩链剂混合的复配扩链剂。

优选的，多元醇型扩链剂包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇中的一种或几种；

更优选的，多元醇型扩链剂选择新戊二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇中的一种或几种。

优选的，磺酸型扩链剂包括乙二胺基乙磺酸钠、1,4-丁二醇-2-磺酸钠中的一种或两种。

多元醇型扩链剂具有柔性，磺酸型扩链剂具有硬质性单元结构，在已经具有软段和硬段的水性聚氨酯结构的基础上继续引入硬性和柔性单元，能准确调整压敏胶的润湿性及内聚力的平衡，保证在粘结后受到剥离力或者剪切强度是不会发生胶层破坏。

以水为100质量份为参考，本发明的多元醇型扩链剂含量在3-5质量份，磺酸型扩链剂含量在1-3质量份。

 

多元醇膦酸酯分两大类：A类为不含氮的多元醇膦酸酯；B类为含氮的多元醇膦酸酯。

本发明实施例的阻燃剂A类多元醇磷酸酯的制备方法，包括以下步骤：

（1）醇氧化基化：将醇与粉状苛性碱催化剂混合，在惰性气体的保护下加热到150摄氏度，按环氧乙烷/醇为2:1的摩尔比将醇缓慢加入到环氧乙烷中，此期间保持温度为150~160摄氏度，保温加热1-2小时，得到聚合物；

（2）磷酸酯化：将聚合物与粘度控制剂正丙醇按4.5：1的质量比加入反应釜中，在50摄氏度下预热，按磷化物/聚合物1：1.1~1.2的质量比逐渐将磷化物加到反应釜中，加热至125~135度，直至釜中物质变为透明，加水使多元醇膦酸酯冷却并达到预期浓度。

制备得到实施例1-2的A类多元醇磷酸酯：

本发明实施例的阻燃剂B类多元醇磷酸酯的制备方法，包括以下步骤：

（1）将醇、醇醚、胺加热至80摄氏度搅拌混合，得到混合物；

（2）在混合物中缓慢加入磷化物，逐渐加热升温，在加完磷化物后温度达到130摄氏度，于140摄氏度下保温1h，加水使产物磷酸混合冷却并达到预期浓度。

制备得到实施例3的B类多元醇磷酸酯：

本发明实施例的水性聚氨酯压敏胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将多元醇磷酸酯与异氰酸酯混合，加热反应，得到阻燃改性异氰酸酯；

（2）将阻燃改性异氰酸酯与聚醚多元醇混合，加热反应一段时间后加入多元醇型扩链剂，继续反应加热，得到预聚体；

（3）在预聚体中继续添加磺酸型扩链剂，加热反应后得到聚氨酯预聚体；

（4）将聚氨酯预聚体与水混合得到水性聚氨酯乳液；

（5）将水性聚氨酯乳液涂覆于薄膜并干燥。

制备得到实施例4-13的水性聚氨酯压敏胶：

阻燃性测试

按UL-94的规定进行。

将125mm×13mm的压敏胶样品以长度方向向下夹持，压敏胶样品下端离预置棉花层上表面保持300mm距离。燃具顶部到样品下端距离为10mm，火焰中心置于样品下边沿中点处，燃烧10秒后以300mm/min的速度移开燃具至少150mm，同时记录余焰时间t1，余焰停止时立刻再次燃烧10秒，移开后记录余焰时间t2和余燃时间t3。

 

180°剥离强度测试

按GB/T2792-1998的规定进行。

将实验板清洗擦干，取200mm胶粘带与清洗后的试验板粘接。在试验板的另一端下面放置一条长200mm、宽40mm的PET膜，用压辊在自重下以300mm/min的速度在试样上来回滚压三次，之后在试验环境下停放20-40min后进行试验。将试样自由端对折180°，从试板上剥开粘合面25mm把试样自由端和试验板分别夹在上、下夹持器上。试验机以300mm/min下降速度连续剥离，并自动记录仪绘出剥离曲线。

 

压敏胶残留测试

将本发明的水性聚氨酯压敏胶贴在PMMA基材表面，室温下放置8个月后撕去该压敏胶时，观察是否有压敏胶残留在基材表面。

 

测试结果

通过上述数据可知道，本发明的水性聚氨酯压敏胶具有良好的阻燃性，在经过8个月的粘贴后撕去也没有压敏胶残留在基材表面。说明阻燃改性异氰酸酯及复配扩链剂起到了相应作用。

Claims (8)

1.一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述压敏胶由以下物质组成：

聚醚多元醇

阻燃改性异氰酸酯

复配扩链剂

水。

2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述的阻燃改性异氰酸酯为多元醇磷酸酯改性异氰酸酯；

所述多元醇磷酸酯具有如下结构：

其中R₁、R₂、R₃中至少含有一个羟基基团，R₁、R₂、R₃可独立表示为氢、直链或支链的饱和或不饱和醇或羟基醚、直链或支链的胺或羟基胺、环氧物及其醇。

3.根据权利要求2所述的一种水性聚氨酯，其特征在于，所述的用于合成多元醇磷酸酯的多元醇或含氮多元醇包含乙二醇、丙三醇、乙二醇单乙醚、聚氧乙烯醚丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述的多元醇磷酸酯选择二元醇磷酸酯，四元醇磷酸酯，六元醇磷酸酯，R₁、R₂、R₃其中至少一个含有二羟基结构。

5.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述的复配扩链剂为多元醇型扩链剂与磺酸型扩链剂混合的复配扩链剂。

6.根据权利要求5所述的一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述的多元醇型扩链剂包括新戊二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇中的一种或几种；

所述的磺酸型扩链剂包括乙二胺基乙磺酸钠、1,4-丁二醇-2-磺酸钠中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述的聚醚多元醇包含聚四氢呋喃二醇、聚氧四亚甲基二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯多元醇中的一种或几种；

所述的多异氰酸酯包含IPDI、HDI中的一种或几种。

8.一种水性聚氨酯压敏胶，其特征在于，所述压敏胶制备方法如下：

（1）将阻燃剂与异氰酸酯混合，加热反应，得到阻燃改性异氰酸酯；

（2）将阻燃改性异氰酸酯与聚醚多元醇混合，加热反应一段时间后加入复配扩链剂其中一个组分，继续反应加热，得到预聚体；

（3）在预聚体中添加复配扩链剂其中另一组分，加热反应后得到聚氨酯预聚体；

（4）将聚氨酯预聚体与水混合得到水性聚氨酯乳液；

（5）将水性聚氨酯乳液涂覆于薄膜并干燥。