CN104119830B - 一种在层压条件下用于pha材料粘接的水性粘合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂及其制备方法，该粘合剂包括：二元酸为103-152重量份、二元胺为100重量份、小分子二元醇为52.8重量份、三官能团异氰酸酯3-14重量份；两官能团异氰酸酯12-38重量份；液体聚酯二元醇40-60重量份；亲水二元醇4-8重量份；溶剂10-30重量份；催化剂0.1-0.3重量份；该制备方法包括：合成酰胺类大分子二元醇；制备聚氨酯高分子预聚体；中和成盐。本发明的优越效果在于：通过本申请的制备方法，按不同配比合成的水性粘合剂应用于PHA与其本身、与PC及与PETG在热压120℃、2MPa、30min和冷压25℃、2MPa、10min条件下，全部剥离力数值均高于3.5N/cm的国家标准；拓展了PHA材料在层压制卡、制证领域的应用范围，填补了国内外空白。
Description
技术领域
本发明涉及用于高分子材料粘结的粘合剂，涉及一种水性粘合剂及其制备方法，具体涉及一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂及其制备方法。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoates)是由很多微生物合成的一种细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料。当前PHA作为生物塑料、精细化学药品、可植入的生物材料、内服药和生物燃料的应用已日趋成熟，但是国内外尚未有该种材料在层压制卡、制证领域中应用的报道，其原因除了聚羟基脂肪酸酯生产成本较高，很难同PVC、PETG等材料竞争外，它还很难与其他材料相互粘合，且目前并没有适合PHA使用的粘合剂，导致其制卡产品质量难以达到相关行业标准，这也成为拓展PHA材料在上述领域应用的一个亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂制备方法。
一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂，包括以下成份：二元酸为103-152重量份、二元胺为100重量份、小分子二元醇为52.8重量份、三官能团异氰酸酯3-14重量份；两官能团异氰酸酯12-38重量份；液体聚酯二元醇40-60重量份；亲水二元醇4-8重量份；溶剂10-30重量份；催化剂0.1-0.3重量份。
进一步地，所述二元酸包括戊二酸、己二酸、庚二酸、癸二酸、二聚脂肪酸中的一种或多种。
进一步地，所述二元胺为己二胺或癸二胺；所述小分子二元醇为1,3-丙二醇。
进一步地，所述三官能团异氰酸酯为六次甲基二异氰酸酯三聚体。
进一步地，所述两官能团异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯或六次甲基二异氰酸酯。
进一步地，所述液体聚酯二元醇是数均分子量为1000-6000的二元醇，优选为，所述数均分子量为2000-3000的二元醇。
进一步地，所述亲水二元醇为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或N-甲基二乙醇胺。
进一步地，所述溶剂为丁酮、乙酸丁酯或碳酸二甲酯；所述催化剂为二丁基二月桂酸锡；所述中和剂为三乙胺或氨基磺酸。
一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂的制备方法，至少包括以下步骤：
S01：合成酰胺类大分子二元醇；
将二元酸、二元胺加入到反应容器中，在惰性气氛下，高温高压反应1-2小时后，降至常压，加入小分子二元醇反应3-8小时，然后减压蒸馏除去过量的小分子二元醇，得到酰胺类大分子二元醇；
S02：制备聚氨酯高分子预聚体；
将上述得到的酰胺类大分子二元醇与三官能团异氰酸酯、两官能团异氰酸酯、液体聚酯二元醇、亲水二元醇、催化剂和溶剂加入到另一反应容器中，在惰性气氛下控温70-90℃反应3-5小时后，得到聚氨酯高分子预聚体；
制备聚氨酯高分子预聚体的原料重量份数为：三官能团异氰酸酯3-14重量份；两官能团异氰酸酯12-38重量份；液体聚酯二元醇40-60重量份；酰胺类大分子二醇10-20重量份；亲水二元醇4-8重量份；溶剂10-30重量份；催化剂0.1-0.3重量份；
S03：将聚氨酯高分子预聚体中和成盐，乳化分散，减压蒸馏后得到水性粘合剂；
在上述聚氨酯高分子预聚体中加入中和剂，成盐后倒入蒸馏水中乳化分散，减压蒸馏除去溶剂后得到水性粘合剂。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：通过本申请的制备方法，按不同配比合成的水性粘合剂应用于PHA与其本身、与PC及与PETG在热压120℃、2MPa、30min和冷压25℃、2MPa、10min的层压条件下，粘合剂的全部剥离力数值均高于3.5N/cm的国家标准；通过该粘合剂与PHA粘合，拓展了PHA材料在层压制卡、制证领域的应用范围，填补了国内外空白。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
S01：合成酰胺类大分子二元醇
在氮气环境下，向装有搅拌器的耐压容器中加入130g戊二酸，564g二聚脂肪酸，58g己二胺，86g癸二胺，控制反应器内压强10×105Pa，温度为200℃，反应1.5小时后降至常压，再加入380g1,3-丙二醇，控制压强为10×105Pa，温度为200℃，反应4小时后，降至常压另经减压蒸馏除去未反应的1,3-丙二醇，得到酰胺类大分子二元醇；
S02：制备聚氨酯高分子预聚体
在氮气环境下，向装有搅拌器和回流冷凝管的反应容器中，加入步骤S01中合成的酰胺类大分子二元醇14重量份，数均分子量为3000的液体聚酯二元醇30重量份，二羟甲基丁酸4重量份，六次甲基二异氰酸酯三聚体10重量份，异佛尔酮二异氰酸酯15重量份，丁酮27重量份，二丁基二月桂酸锡0.1重量份，混合均匀后，控制温度85℃，反应5小时得到聚氨酯高分子预聚体。
S03：中和成盐，乳化分散
向聚氨酯高分子预聚体中加入三乙胺3重量份，搅拌10分钟后，倒入500重量份蒸馏水中乳化分散，另经减压蒸馏得到水性粘合剂。
实施例2
S01：合成酰胺类大分子二元醇
在氮气环境下，向装有搅拌器的耐压容器中加入1128g二聚脂肪酸，116g己二胺，控制反应器内压强10×105Pa，温度为200℃，反应1.5小时后降至常压，再加入380g1,3-丙二醇，控制压强为10×105Pa，温度为200℃，反应4小时后，降至常压另经减压蒸馏除去未反应的1,3-丙二醇，得到酰胺类大分子二元醇；
S02：制备聚氨酯高分子预聚体
在氮气环境下，向装有搅拌器和回流冷凝管的反应容器中，加入步骤S01中合成的酰胺类大分子二元醇18重量份，数均分子量为3000的液体聚酯二元醇38重量份，N-甲基二乙醇胺4重量份，六次甲基二异氰酸酯三聚体11重量份，异佛尔酮二异氰酸酯12重量份，碳酸二甲酯30重量份，二丁基二月桂酸锡0.1重量份，混合均匀后，控制温度85℃，反应5小时得到聚氨酯高分子预聚体；
S03：中和成盐，乳化分散
向聚氨酯高分子预聚体中加入3重量份氨基磺酸，搅拌10分钟后，倒入500重量份蒸馏水中乳化分散，另经减压蒸馏得到水性粘合剂。
实施例3
S01：合成酰胺类大分子二元醇
在氮气环境下，向装有搅拌器的耐压容器中加入144g己二酸，158g庚二酸，58g己二胺，86g癸二胺，控制反应器内压强10×105Pa，温度为200℃，反应1.5小时后降至常压，再加入380g1,3-丙二醇，控制压强为10×105Pa，温度为200℃，反应4小时后，降至常压另经减压蒸馏除去未反应的1,3-丙二醇，得到酰胺类大分子二元醇；
S02：制备聚氨酯高分子预聚体
在氮气环境下，向装有搅拌器和回流冷凝管的反应容器中，加入步骤S01中合成的酰胺类大分子二元醇18重量份，数均分子量为2000的液体聚酯二元醇40重量份，二羟甲基丁酸4重量份，六次甲基二异氰酸酯三聚体8重量份，异佛尔酮二异氰酸酯15重量份，乙酸丁酯27重量份，二丁基二月桂酸锡0.1重量份，混合均匀后，控制温度85℃，反应4小时得到聚氨酯高分子预聚体；
S03：中和成盐，乳化分散
向聚氨酯高分子预聚体中加入3重量份三乙胺，搅拌10分钟后，倒入500重量份蒸馏水中乳化分散，另经减压蒸馏得到水性粘合剂。
以上为通过本申请一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂制备方法，按不同配比合成的3种水性粘合剂，在常温下为白色乳浊液；所述水性粘合剂应用于PHA与其本身、与PC及与PETG在热压120℃，2MPa，30min；冷压(25℃)，2MPa，10min条件下层压；复合后的剥离力数值见下表1，全部剥离力数值均高于3.5N/cm的国家标准，即通过本申请所述水性粘合剂制备方法得到的3种粘合剂均能实现PHA在层压条件下与PC、PETG和与其自身复合的粘合力要求，其中实施例2中得到的粘合剂的力值最大。
表1不同配方粘合剂在层压条件下对PHA材料的粘接强度
本发明中所用的PHA、PC、PETG材料均为江苏华信新材料股份有限公司的产品。在层压条件为热压120℃、2MPa、30min和冷压25℃、2MPa、10min；粘接强度为90°剥离强度，测试标准为GB/T17554.1-2006；水性粘合剂上胶量为15±1g/㎡。
为验证粘合剂二次加热后是否会失效，将PHA与PC及PETG使用上述实施例2得到的粘合剂层压复合制成的单卡在高于其加工温度的130℃下烘烤20分钟，再次进行剥离力测试，力值为6.43-11.34N/cm，仍高于3.5N/cm的国家标准，证明二次加热后粘合剂的效果并没有减弱，即该粘合剂满足PHA与PC、PETG在层压条件下复合制卡的剥离力要求。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
Claims (1)
1.一种在层压条件下用于PHA材料粘接的水性粘合剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S01：合成酰胺类大分子二元醇；
将二元酸、二元胺加入到反应容器中，在惰性气氛下，高温高压反应1-2小时后，降至常压，加入小分子二元醇反应3-8小时，然后减压蒸馏除去过量的小分子二元醇，得到酰胺类大分子二元醇；
所述合成酰胺类大分子二元醇的原料重量份数为：二元酸为103-152重量份、二元胺为100重量份、小分子二元醇为52.8重量份；
S02：制备聚氨酯高分子预聚体；
将上述得到的酰胺类大分子二元醇与三官能团异氰酸酯、两官能团异氰酸酯、液体聚酯二元醇、亲水二元醇、催化剂和溶剂加入到另一反应容器中，在惰性气氛下控温70-90℃反应3-5小时后，得到聚氨酯高分子预聚体；
制备聚氨酯高分子预聚体的原料重量份数为：三官能团异氰酸酯3-14重量份；两官能团异氰酸酯12-38重量份；液体聚酯二元醇40-60重量份；酰胺类大分子二醇10-20重量份；亲水二元醇4-8重量份；溶剂10-30重量份；催化剂0.1-0.3重量份；
S03：将聚氨酯高分子预聚体中和成盐，乳化分散，减压蒸馏后得到水性粘合剂；
在上述聚氨酯高分子预聚体中加入中和剂，成盐后倒入蒸馏水中乳化分散，减压蒸馏除去溶剂后得到水性粘合剂。
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