CN104119831B - 一种用于rfid天线层压的水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公款私的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其由以下重量百分比的原料制备而成：改性水性聚氨酯胶黏剂95～99％，流平剂0.1～1％，消泡剂0.2～2％，消光剂0.2～2％，增稠剂0.05～1％。其中改性水性聚氨酯胶黏剂是由以下重量百分比的原料制备而成的：聚酯多元醇25～35％，聚醚多元醇25～35％，二异氰酸酯15～25％，扩链剂0.5～2.5％，亲水扩链剂4～8％，有机溶剂1～6％，有机锡类催化剂0.005～0.015％，环氧树脂3～8％，三乙胺3～7％，胺类扩链剂0.5～2％，硅烷偶联剂0.5～2.5％，去离子水余量。本发明还公开了该水性聚氨酯胶黏剂的制备方法。本发明制备的水性聚氨酯胶黏剂在干燥速度、耐高温和与RFID天线层压后的剥离强度方面，有了很大提升。
Description
技术领域
本发明属于水性聚氨酯胶黏剂领域，具体涉及一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂的制备及其制备方法。
背景技术
射频识别即RFID(RadioFrequencyIdentification)技术，又称无线射频识别是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频(125k～134.2K)、高频(13.56Mhz)、超高频，微波等技术。
由于RFID技术具有快速扫描、体积小、抗污染能力和耐久性好、使用寿命长、数据容量大、更好的安全性、动态实时通信等特点，近年来，射频识别技术发展迅速，在多个领域得到了广泛应用，如射频门禁、电子溯源、食品溯源、产品防伪、博物馆和世博会等。
随着低碳经济的发展，人们的环保意识也越来越高，一些发达国家相继制定了消防法规，在一定程度上限制了溶剂型胶黏剂的使用，与此同时，我国的环保法规也日益健全，无VOC排放、无污染、无毒的环保型胶黏剂是将来发展的趋势，如水性胶黏剂、无溶剂胶黏剂会逐渐取代溶剂型胶黏剂，成为将来胶黏剂行业的主流产品。
水性胶黏剂由于其干燥速度慢、与RFID天线层压剥离强度小、耐高温性较差等缺点，所以国内有关用于RFID天线层压方面的专利和文献鲜有报道。
目前国内用于RFID天线层压的胶黏剂多为溶剂型胶黏剂，且是以双组份的丙烯酸树脂为主，普遍存在的问题是与RFID天线的线圈材料粘结强度小。申请号为201110086180.6的中国专利，提供了一种通过二异氰酸酯及三聚体与带有单羟基的丙烯酸单体反应，制备端基为不饱和双键的氨基甲酸酯小分子，将其作为反应单体加入丙烯酸酯溶液聚合体系中，最后用有机硅改性，制得一种与RFID天线层压的胶粘剂，在一定程度上改善了胶黏剂与RFID天线的线圈材料粘结强度小的问题，但是其胶黏剂仍然为溶剂型胶黏剂，不符合环保法规的要求和未来胶黏剂发展的趋势。
发明内容
本发明的目的之一在于针对目前用于RFID天线层压的胶黏剂的现状，提供一种可用于RFID天线层压的综合性能优良的水性聚氨酯胶黏剂。
本发明的目的之二在于提供上述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制备而成：
其中所述的改性水性聚氨酯胶黏剂是由以下重量百分比的原料制备而成的：
在本发明的一个优选实施例中，所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯甲烷-4，4`-二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的一种。优选六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的聚酯多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸－1,2－丙二醇酯二醇、聚己二酸－1,4－丁二醇酯二醇、聚己二酸－1,6－己二醇酯二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或两种以上的混合物。优选聚己二酸－1,6－己二醇酯二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述的聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化乙烯二醇、四氢呋喃－氧化乙烯共聚二醇、四氢呋喃－氧化丙烯共聚二醇中的一种或两种以上的混合物。优选聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇、四氢呋喃－氧化丙烯共聚二醇中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述的扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4－丁二醇、1,6－己二醇、1,4－环己二醇中的一种或两种以上的混合物。优选乙二醇、1,4－丁二醇、1,6－己二醇中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。
在本发明的一个优选实施例中，所述的有机溶剂为乙酸乙酯、丙酮、丁酮中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的环氧树脂为国都化工公司的KD-214C、国都化工公司的KD-242C、国都化工公司的KD-243C、国都化工公司的KD-242GHF、国都化工公司的KD-293、国都化工公司的YD-053、国都化工公司的YD-013K55中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述的胺类扩链剂为异氟尔酮二胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。优选异氟尔酮二胺、乙二胺、二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述的硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570、KH-602、KH-792中的一种或两种以上的混合物。
在本发明的一个优选实施例中，所述的流平剂为Tego-450、Tego-482、Tego-485、BYK-346、BYK-333中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的消泡剂为Tego-822、Tego-825、BYK-024、BYK-094、BYK-1660中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的消光剂为Grace公司的C907、Grace公司的AC-3、DEGUSSAOK412、DEGUSSAOK607中的一种。
在本发明的一个优选实施例中，所述的增稠剂为NOPCO公司的SN-612、NOPCO公司的SN-660T、BYK-420、BYK-425中的一种。
上述改性水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)聚氨酯预聚体的合成：氮气保护下，在第一反应设备中将聚酯多元醇、聚醚多元醇、扩链剂、亲水扩链剂和有机溶剂，在100～110℃加热熔化0.5～1h，然后降温，在70～85℃下依次加入有机锡类催化剂和二异氰酸酯，反应2～4h，得到初步预聚体，保持温度不变，将已经用有机溶剂溶解过后的环氧树脂加入到预聚体中，继续反应2～3h，反应完毕后，在60～70℃下加入三乙胺中和0.5～2h，得到改性过后的聚氨酯预聚体；其中预聚体中NCO/OH的摩尔比控制在1.2～1.7:1；
(2)水性聚氨酯分散体的合成：在第二反应设备中，按照固含量为25～35％的配比，加入去离子水，控制水温为20～30℃，以800～3000rpm/min的速度开启高速搅拌，转速稳定后，将第一反应设备中的预聚体转移进来，乳化时间为10～60min，控制乳化温度为30～40℃。然后调整转速至300～800rpm/min，在30～40℃下，向第二反应设备中缓慢加入用去离子水稀释过后的胺类扩链剂，控制加入时间为10～30min，完毕后继续反应1～2h进行二次扩链；最后降温至15～30℃；接着向第二反应设备中加入用去离子水稀释过后的硅烷偶联剂，控制加入时间为10～30min，完毕后继续反应0.5～2h，最后减压蒸馏出有机溶剂，得到水性聚氨酯分散体。
本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的一种用于RFID天线层压的单组份水性聚氨酯胶黏剂，通过引入环氧树脂和有机硅结构，使改性的水性聚氨酯胶黏剂，具备了聚氨酯本身高粘结强度、高剥离强度以及耐冲击性、耐超低温性、耐油性和耐磨性好等优点，同时兼顾了环氧树脂优异的粘结性、热稳定性、耐化学性、高模量、高强度以及有机硅良好的耐水性、耐温性、耐候性等特点，这些特点使得本发明制备的水性聚氨酯胶黏剂在干燥速度、耐高温和与RFID天线层压后的剥离强度方面，有了很大提升。
(2)由于本发明制备的水性聚氨酯胶黏剂粘度较小，且常温下不粘的特点，所以可用机器流水线的方式在PVC上进行涂覆，大大提高了生产效率。并且本发明的制备方法工艺简单、操作方便，易于推广。
(3)本发明采用了一种双反应设备的合成方法，与单一反应设备合成方法相比较，在一定程度上减少了水分散时凝胶的概率，同时避免了降温至较低温度时，单一反应设备合成方法需要加入大量有机溶剂来调节粘度的缺点。
(4)此外，本发明制备的一种用于RFID天线层压的单组份水性聚氨酯胶黏剂，无异氰酸酯基残留、无毒、无污染、无溶剂残留，属于环保型聚氨酯乳液，符合环保法规的要求以及未来电子标签行业内所需胶黏剂的发展趋势。并且本发明制备的水性聚氨酯胶黏剂对PVC、PET、铝箔以及无溶剂胶黏剂等不同基材也表现出良好的粘结力。
(5)本发明制备的一种用于RFID天线层压的单组份水性聚氨酯胶黏剂，涂覆在PVC上后，和INLAY做成卡芯料，通过弯扭测试对频率性能及Q值进行测试，发现卡芯料经过长边、短边及双向转动角度15°各经过2000次弯扭后，频率性能和Q值无不良。并且与RFID天线的剥离强度达到了5N/10mm以上。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实例对本发明的优选方案进行描述。但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
(1)聚氨酯预聚体的合成：氮气保护下，在反应设备中将12g分子量为1000的聚碳酸酯二醇、78g分子量为2000的聚己内酯二醇、60g分子量为2000的聚氧化丙烯二醇、1.5g的1,4－丁二醇、15g的DMPA和30g的丙酮，在100～110℃下加热融化1h，然后降温至80℃，依次加入0.018g的二月桂酸二丁基锡和50g的六亚甲基二异氰酸酯，在80℃下反应3h，得到初步预聚体，保持温度不变，将已经用少量丙酮溶解过后的18g环氧树脂KD-242C加入到预聚体中，继续反应2h，反应完毕后，在65℃下加入12g三乙胺中和1h，得到改性过后的聚氨酯预聚体。
(2)水性聚氨酯分散体的合成：在另外一个反应设备中，加入442g的去离子水，控制水温为30℃，以1500rpm/min的速度开启高速搅拌，转速稳定后，将第一个反应设备中90％的预聚体转移进来，乳化时间为30min，控制乳化温度为30～40℃。然后调整转速至500rpm/min，在30～40℃下，向反应设备中缓慢加入用去离子水稀释过后的2.7g的乙二胺，控制加入时间为15min，完毕后继续反应1.5h进行二次扩链。最后降温至25℃，向设备中加入用去离子水稀释过后的4.0g硅烷偶联剂KH-602，控制加入时间为15min，完毕后继续反应0.5h，最后减压蒸馏出丙酮，得到水性聚氨酯分散体。
(3)水性聚氨酯胶黏剂的制备：得到水性聚氨酯分散体后，在水性聚氨酯分散体合成的反应设备中，转速调整至800rpm/min，依次加入2g的Tego-482，5g的BYK-024，5g的Grace公司的C907，0.7g的BYK-425，高速搅拌30min，得到水性聚氨酯胶黏剂成品。
(4)水性聚氨酯胶黏剂的使用方法：将得到的水性聚氨酯胶黏剂，在RFID天线覆膜的覆膜机流水线上，采用烘箱温度为60℃、线速度为7m/min涂覆工艺在PVC进行涂覆，控制上胶量为3.5±0.5g/m2，并直接收卷。使用的覆膜机的长度为10～15米。将涂过胶黏剂的PVC与RFID天线进行层压，层压工艺为140℃×35min×10.5MPa，层压后与RFID天线的剥离强度为5.5N/10mm。
实施例2
(1)聚氨酯预聚体的合成：氮气保护下，在反应设备中将53g分子量为2000的聚碳酸酯二醇、45g分子量为2000的聚己二酸－1,6－己二醇酯二醇、75g分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇、8g分子量为1000的聚氧化丙烯二醇、2.5g的1,6－己二醇、17g的DMPA和35g的丁酮，在100～110℃下加热融化1h，然后降温至80℃，依次加入0.036g的二月桂酸二丁基锡和78g的异氟尔酮二异氰酸酯，在80℃下反应2.5h，得到初步预聚体，保持温度不变，将已经用少量丁酮溶解过后的24g的环氧树脂KD-242GHF加入到预聚体中，继续反应1.5h，反应完毕后，在60℃下加入14g的三乙胺中和1.5h，得到改性过后的聚氨酯预聚体。
(2)水性聚氨酯分散体的合成：在另外一个反应设备中，加入540g的去离子水，控制水温为30℃，以2000rpm/min的速度开启高速搅拌，转速稳定后，将第一个反应设备中90％的预聚体转移进来，乳化时间为20min，控制乳化温度为30～40℃。然后调整转速至400rpm/min，在30～40℃下，向反应设备中缓慢加入用去离子水稀释过后的10g的异氟尔酮二胺，控制加入时间为20min，完毕后继续反应2h进行二次扩链。最后降温至20℃，向设备中加入用去离子水稀释过后的5.5g的硅烷偶联剂KH-550，控制加入时间为20min，完毕后继续反应1h，最后减压蒸馏出丁酮，得到水性聚氨酯分散体。
(3)水性聚氨酯胶黏剂的制备：得到水性聚氨酯分散体后，在水性聚氨酯分散体合成的反应设备中，转速调整至1000rpm/min，依次加入4g的Tego-485，3g的Tego-825，5g的Grace公司的C907，0.5g的SN-612，高速搅拌30min，得到水性聚氨酯胶黏剂成品。
(4)水性聚氨酯胶黏剂的使用方法：将得到的水性聚氨酯胶黏剂，在RFID天线覆膜的覆膜机流水线上，采用烘箱温度为65℃、线速度为8m/min涂覆工艺在PVC进行涂覆，控制上胶量为3.5±0.5g/m2，并直接收卷。使用的覆膜机的长度为10～15米。将涂过胶黏剂的PVC与RFID天线进行层压，层压工艺为140℃×35min×10.5MPa，层压后与RFID天线的剥离强度为6.8N/10mm。
实施例3
(1)聚氨酯预聚体的合成：氮气保护下，在反应设备中将36g分子量为1000的聚己二酸－1,6－己二醇酯二醇、83g分子量为2000的聚己内酯二醇、55g分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇、34g分子量为2000的聚氧化丙烯二醇、1.8g的乙二醇、16g的DMPA和33g的丙酮，在100～110℃下加热融化1h，然后降温至85℃，依次加入0.025g的二月桂酸二丁基锡和80g的异氟尔酮二异氰酸酯，在85℃下反应2.5h，得到初步预聚体，保持温度不变，将已经用少量丙酮溶解过后的12g环氧树脂KD-243C加入到预聚体中，继续反应1.5h，反应完毕后，在60℃下加入13g的三乙胺中和1.5h，得到改性过后的聚氨酯预聚体。
(2)水性聚氨酯分散体的合成：在另外一个反应设备中，加入580g的去离子水，控制水温为30℃，以1800rpm/min的速度开启高速搅拌，转速稳定后，将第一个反应设备中90％的预聚体转移进来，乳化时间为25min，控制乳化温度为30～40℃。然后调整转速至600rpm/min，在30～40℃下，向反应设备中缓慢加入用去离子水稀释过后的3.0g乙二胺，控制加入时间为20min，完毕后继续反应2h进行二次扩链。最后降温至20℃，向设备中加入用去离子水稀释过后的5.0g的硅烷偶联剂KH-792，控制加入时间为20min，完毕后继续反应1h，最后减压蒸馏出丙酮，得到水性聚氨酯分散体。
(3)水性聚氨酯胶黏剂的制备：得到水性聚氨酯分散体后，在水性聚氨酯分散体合成的反应设备中，转速调整至1200rpm/min，依次加入2g的BYK-346，3g的Tego-822，6g的DEGUSSAOK607，0.8g的SN-660T，高速搅拌30min，得到水性聚氨酯胶黏剂成品。
(4)水性聚氨酯胶黏剂的使用方法：将得到的水性聚氨酯胶黏剂，在RFID天线覆膜的覆膜机流水线上，采用烘箱温度为65℃、线速度为8m/min涂覆工艺在PVC进行涂覆，控制上胶量为3.5±0.5g/m2，并直接收卷。使用的覆膜机的长度为10～15米。将涂过胶黏剂的PVC与RFID天线进行层压，层压工艺为140℃×35min×10.5MPa，层压后与RFID天线的剥离强度为6.2N/10mm。
以上所述实施例均为本发明的基本阐述说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制备而成：
其中所述的改性水性聚氨酯胶黏剂是由以下重量百分比的原料制备而成的：
所述的环氧树脂为国都化工公司的KD-214C、国都化工公司的KD-242C、国都化工公司的KD-243C、国都化工公司的KD-242GHF、国都化工公司的KD-293、国都化工公司的YD-053、国都化工公司的YD-013K55中的一种或两种以上的混合物；
所述的消光剂为Grace公司的C907、Grace公司的AC-3、DEGUSSAOK412、DEGUSSAOK607中的一种；
所述的扩链剂为乙二醇、丙二醇、1,4－丁二醇、1,6－己二醇、1,4－环己二醇中的一种或两种以上的混合物；
所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸；
所述的胺类扩链剂为异佛尔酮二胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二氨基苯磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。
2.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯甲烷-4，4`-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种。
3.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的聚酯多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸－1,2－丙二醇酯二醇、聚己二酸－1,4－丁二醇酯二醇、聚己二酸－1,6－己二醇酯二醇、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化乙烯二醇、四氢呋喃－氧化乙烯共聚二醇、四氢呋喃－氧化丙烯共聚二醇中的一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的有机溶剂为乙酸乙酯、丙酮、丁酮中的一种。
6.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种。
7.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570、KH-602、KH-792中的一种或两种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的流平剂为Tego-450、Tego-482、Tego-485、BYK-346、BYK-333中的一种。
9.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的消泡剂为Tego-822、Tego-825、BYK-024、BYK-094、BYK-1660中的一种。
10.如权利要求1所述的一种用于RFID天线层压的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述的增稠剂为NOPCO公司的SN-612、NOPCO公司的SN-660T、BYK-420、BYK-425中的一种。
11.权利要求1至10任一项权利要求所述的改性水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)聚氨酯预聚体的合成：氮气保护下，在第一反应设备中将聚酯多元醇、聚醚多元醇、扩链剂、亲水扩链剂和有机溶剂，在100～110℃加热熔化0.5～1h，然后降温，在70～85℃下依次加入有机锡类催化剂和二异氰酸酯，反应2～4h，得到初步预聚体，保持温度不变，将已经用有机溶剂溶解过后的环氧树脂加入到预聚体中，继续反应2～3h，反应完毕后，在60～70℃下加入三乙胺中和0.5～2h，得到改性过后的聚氨酯预聚体；其中预聚体中NCO/OH的摩尔比控制在1.2～1.7:1；
(2)水性聚氨酯分散体的合成：在第二反应设备中，按照固含量为25～35％的配比，加入去离子水，控制水温为20～30℃，以800～3000rpm的速度开启高速搅拌，转速稳定后，将第一反应设备中的预聚体转移进来，乳化时间为10～60min，控制乳化温度为30～40℃；然后调整转速至300～800rpm，在30～40℃下，向第二反应设备中缓慢加入用去离子水稀释过后的胺类扩链剂，控制加入时间为10～30min，完毕后继续反应1～2h进行二次扩链；最后降温至15～30℃；接着向第二反应设备中加入用去离子水稀释过后的硅烷偶联剂，控制加入时间为10～30min，完毕后继续反应0.5～2h，最后减压蒸馏出有机溶剂，得到水性聚氨酯分散体。
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