CN105542700A

CN105542700A - 单组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法

Info

Publication number: CN105542700A
Application number: CN201511006198.5A
Authority: CN
Inventors: 张辉
Original assignee: Guangzhou Retan New Materials & Hi-Tech Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Retan New Materials & Hi-Tech Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: CN105542700B

Abstract

本发明涉及一种单组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法，所述单组份聚氨酯胶粘剂包括胶粘剂及快干剂，其中，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：二元醇0～3％、聚合多元醇15～50％、异氰酸酯30～70％、催化剂0～0.3％、溶剂0～25％、增塑剂0～15％，上述原料的总和为100％；所述快干剂的原料包括：催化剂1～50％、溶剂0～80％、增塑剂0～80％、硅烷偶联剂0.1～15％、二元醇0～10％、多元醇0～10％，聚合多元醇10～20％，上述原料的总和为100％；所述快干剂的添加量为所述胶粘剂的0～10％。本发明单组份聚氨酯胶粘剂不仅存储稳定，且固化速度可调，能够适应不同的工艺条件以及操作环境温度。

Description

单组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶粘剂领域，特别是涉及一种单组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法。

背景技术

聚氨酯胶粘剂一般分为单组份聚氨酯胶粘剂和双组份聚氨酯胶粘剂。

双组份聚氨酯胶粘剂一般由A、B两个组份组成，使用时两组份需按照一定的配比，搅拌均匀，A、B组份不单独使用；同时搅拌好的胶水必须在较短的时间内用完，特别在高温季节，胶水混合后，粘度增长很快，造成后期使用困难，大量胶水报废或不能形成良好粘接，产生大量不合格品。但由于A、B两组份分开存放，因此存储稳定性比较高，一般可以达到半年甚至一年以上。

单组份聚氨酯胶粘剂一般为NCO基团封端，生产过程中可直接使用，操作简便，且胶水适用期长，当天操作中胶水粘度不会剧烈增加，对工艺影响很小。但单组份聚氨酯胶粘剂固化速度通常较双组份聚氨酯胶粘剂慢，特别在低温环境中，甚至要24小时以上才能固化。为了提高固化速度，如直接在单组份聚氨酯胶粘剂添加催化剂，其储存过程中易和空气中的水分反应，造成结皮、结块等现象，储存期较短，严重者储存期甚至不到1个月。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种固化速度可调的单组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法。

为实现上述技术目的，具体技术方案如下：

一种单组份聚氨酯胶粘剂，包括胶粘剂及快干剂，其中，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：二元醇0～3％、聚合多元醇15～50％、异氰酸酯30～70％、催化剂0～0.3％、溶剂0～25％、增塑剂0～15％，上述原料的总和为100％；

所述快干剂的原料包括：催化剂1～50％、溶剂0～80％、增塑剂0～80％、硅烷偶联剂0.1～15％、二元醇0～10％、多元醇0～10％，聚合多元醇10～20％，上述原料的总和为100％；

所述快干剂的添加量为所述胶粘剂的0～10％；

所述催化剂为有机铋、有机锡、三乙醇胺、三乙烯二胺、三乙烯四胺、四乙烯三胺或五乙烯四胺中的一种或一种以上的混合物。

在其中一些实施例中，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：二元醇0～1％、聚合多元醇20～45％、异氰酸酯30～65％、催化剂0～0.2％、溶剂0～25％、增塑剂0～15％，上述原料的总和为100％；

所述快干剂的原料包括：催化剂10～50％、溶剂0～80％、增塑剂0～80％、硅烷偶联剂0.5～10％、二元醇0～5％、多元醇0～10％，聚合多元醇12～18％，上述原料的总和为100％。

在其中一些实施例中，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：聚合多元醇29～31％，异氰酸酯59～61％，溶剂9～11％，上述原料的总和为100％；所述快干剂的原料包括：催化剂20～22％，聚合多元醇14～16％，硅烷偶联剂7～9％，增塑剂9～11％，溶剂45～47％，上述原料的总和为100％；所述快干剂的添加量为所述胶粘剂的4.9～5.1％。

在其中一些实施例中，所述二元醇为丁二醇、戊二醇、己二醇、辛二醇中的一种或一种以上的混合物。

在其中一些实施例中，所述聚合多元醇为聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。

在其中一些实施例中，所述多元醇为甘油、季戊四醇、木糖醇、山梨醇中的一种或一种以上的混合物。

在其中一些实施例中，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物。

在其中一些实施例中，所述溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮中的一种或一种以上的混合物；所述增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三辛酯中的一种或一种以上的混合物。

本发明还提供一种上述单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备胶粘剂：按照上述配比称取各原料，将所述异氰酸酯倒入搅拌釜中，加热到70～90℃后，加入所述聚合多元醇搅拌均匀，每加一种所述聚合多元醇反应0.5～2h，反应后降低物料温度到49～51℃；当原料包括所述溶剂、增塑剂和催化剂时，则在最后加入所述溶剂、增塑剂和催化剂搅拌均匀，反应0.5～1h，即得胶粘剂；

(2)制备快干剂：按照上述配比称取各原料，将所述聚合多元醇倒入搅拌釜中，当所述原料包含所述二元醇、多元醇，则将所述二元醇、多元醇一并倒入搅拌釜；加热到60～80℃后，加入所述硅烷偶联剂搅拌均匀，反应0.5～1h，接着降低物料温度到40～50℃，加入所述催化剂搅拌均匀，反应0.5～1h，当所述原料包括所述溶剂和增塑剂时，则在最后加入所述溶剂和增塑剂搅拌均匀，即得快干剂。

在其中一些实施例中，当所述原料包括所述二元醇时，则在降低物料温度到49～51℃的步骤之前加入所述二元醇搅拌均匀，反应0.5～1h。

本发明的发明人团队通过大量研究优选聚合多元醇及异氰酸酯为主要原料，在特定的工艺条件下，制成NCO封端的本发明聚氨酯胶粘剂中的胶粘剂。由于优化了异氰酸酯与聚合多元醇的种类和配比，该胶粘剂具有较好的存储稳定性。而本发明聚氨酯胶粘剂中的快干剂采用特殊优选的硅烷偶联剂，形成了包裹的催化剂，该包裹结构内可容纳较高含量的催化剂。当快干剂以及粘结剂混合时，外层包裹的结构只有在水汽和NCO基团共同存在时，才会打开结构，释放出大量的催化剂。因此当本发明被涂布在基材表面时，胶层较薄，大量催化剂被释放，极快地提高了后期固化速度。而储存在容器内的聚氨酯胶粘剂，由于被隔绝了空气，因此具有较好的储存稳定性和较长的操作时间。

本发明相较现有技术的优点以及有益效果为：

(1)本发明优选聚合多元醇、异氰酸酯等原料，在特定的工艺条件下，制备了本发明中的胶粘剂，其具有较好的存储稳定性；

(2)本发明优选了硅烷偶联剂、催化剂等原料，在特点的工艺条件下，制备了具有特殊包裹结构的本发明中的快干剂，单位体积可以包裹更大量的催化剂，因而在催化剂被完全解封后，可以呈现更快更强的催化效应，突破了以往的催化极限，固化速度成倍增加；

(3)本发明制备得到的单组份聚氨酯胶粘剂不仅存储稳定，同时客户可根据环境和工艺等需要而调节快干剂的用量，调节固化速度，能够适应不同的工艺条件以及不同的操作环境温度，极大的提高了操作的灵活性。

附图说明

图1为剪切强度性能测试示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明所有原料均为市售普通原料，其中：

聚酯多元醇I-stickpolyol160购自广州睿腾新材料科技；

聚酯多元醇I-stickpolyolY购自广州睿腾新材料科技；

聚醚多元醇PPG-400、PPG-2000、1,4-丁二醇购自陶氏化学；

硅烷偶联剂SilquestA-187、SilquestA-Link597购自Momentive公司；

异氰酸酯：Suprasec2020，Suprasec3056购自Huntsman；

二月桂酸二丁基锡购自Basf；

乙酸乙酯、丙酮购自广州溶剂厂；

柠檬酸三辛酯购自深圳华亚化工；

三乙烯二胺购自空气化工；

催化剂I-stickcatalyst001购自广州睿腾新材料科技。

实施例1

一种单组份聚氨酯胶粘剂，由胶粘剂和快干剂组成：

胶粘剂的原料组成及重量百分含量为：46％的聚醚多元醇PPG-2000、51％的异氰酸酯Suprasec2020、3％的二元醇1,4-丁二醇。

快干剂组成及重量百分含量为：20％的催化剂二月桂酸二丁基锡、15％的聚酯多元醇I-stickpolyolY、5％的硅烷偶联剂SilquestA-187、10％的硅烷偶联剂SilquestA-Link597、50％的溶剂乙酸乙酯。

本实施例加入粘胶剂重量2％的快干剂组份。

上述单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备胶粘剂：按重量百分含量准确称取各原料，将异氰酸酯Suprasec2020倒入搅拌釜中，对搅拌釜加热到70～90℃后，加入聚醚多元醇PPG2000搅拌均匀，密封反应2h，控制物料温度介于70～90℃，加入1,4-丁二醇搅拌均匀，密封反应1h，降低物料温度到50℃，即得胶粘剂；

(2)制备快干剂：按重量百分含量准确称取各原料，将I-stickPolyolY倒入搅拌釜中，加热到80℃后，加入SilquestA-187搅拌均匀，反应0.5h，接着降低物料温度到60℃，加入SilquestA-Link597搅拌均匀，反应0.5h，然后降低物料温度到50℃，加入二月桂酸二丁基锡搅拌均匀，反应0.5h，最后控制物料温度不超过50℃，加入乙酸乙酯搅拌均匀，即得快干剂。

实施例2

一种单组份聚氨酯胶粘剂，由胶粘剂和快干剂组成：

胶粘剂的原料组成及重量百分含量为：15％的聚醚多元醇PPG-400、7％的聚酯多元醇I-stickpolyol160、55％的异氰酸酯Suprasec3056、1％的二元醇1,4-丁二醇、13.7％的溶剂乙酸乙酯、8％的溶剂丙酮、0.3％的催化剂I-stickcatalyst001。

快干剂组成及重量百分含量为：18％的催化剂二月桂酸二丁基锡、2％的催化剂三乙烯二胺、15％的聚酯多元醇I-stickpolyolY、3％的硅烷偶联剂SilquestA-187、5％的硅烷偶联剂SilquestA-Link597、50％的溶剂乙酸乙酯、7％的溶剂丙酮。

本实施例随不同温度加入不同重量的快干剂组份，如下表2所示。

上述单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备胶粘剂：按重量百分含量准确称取各原料，将异氰酸酯Suprasec3056倒入搅拌釜中，对搅拌釜加热到70～90℃后，加入聚醚多元醇PPG400搅拌均匀，密封反应1h，再加入聚酯多元醇I-stickpolyol160搅拌均匀，密封反应1h，控制物料温度介于70～90℃，加入1,4-丁二醇搅拌均匀，密封反应1h，降低物料温度到50℃，加入乙酸乙酯、丙酮和I-stickcatalyst001搅拌均匀，密封反应0.5h，即得胶粘剂；

(2)制备快干剂：按重量百分含量准确称取各原料，将I-stickPolyolY倒入搅拌釜中，加热到80℃后，加入SilquestA-187搅拌均匀，反应0.5h，接着降低物料温度到60℃，加入SilquestA-Link597搅拌均匀，反应0.5h，然后降低物料温度到50℃，加入二月桂酸二丁基锡和三乙烯二胺搅拌均匀，反应0.5h，最后控制物料温度不超过50℃，加入乙酸乙酯和丙酮搅拌均匀，即得快干剂。

实施例3

一种单组份聚氨酯胶粘剂，由胶粘剂和快干剂组成：

胶粘剂的原料组成及重量百分含量为：30％的聚酯多元醇I-stickpolyol160、60％的异氰酸酯Suprasec3056、10％的溶剂乙酸乙酯。

快干剂组成及重量百分含量为：20％的催化剂二月桂酸二丁基锡、1％的催化剂三乙烯二胺、15％的聚酯多元醇I-stickpolyolY、3％的硅烷偶联剂SilquestA-187、5％的硅烷偶联剂SilquestA-Link597、10％的增塑剂柠檬酸三辛酯，46％的溶剂乙酸乙酯。

本实施例加入粘胶剂重量5％的快干剂组份。

上述单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备胶粘剂：按重量百分含量准确称取各原料，将异氰酸酯Suprasec3056倒入搅拌釜中，对搅拌釜加热到70～90℃后，加入聚酯多元醇I-stickpolyol160搅拌均匀，密封反应2h，降低物料温度到50℃，加入乙酸乙酯搅拌均匀，密封反应0.5h，即得胶粘剂；

(2)制备快干剂：按重量百分含量准确称取各原料，将I-stickPolyolY倒入搅拌釜中，加热到80℃后，加入SilquestA-187搅拌均匀，反应0.5h，接着降低物料温度到60℃，加入SilquestA-Link597搅拌均匀，反应0.5h，然后降低物料温度到50℃，加入二月桂酸二丁基锡和三乙烯二胺搅拌均匀，反应0.5h，最后控制物料温度不超过50℃，加入柠檬酸三辛酯和乙酸乙酯搅拌均匀，即得快干剂。

应用实验

1、适用期测试方法：参考GB/T2794－1995

分别将实施例1～3中所制备的聚氨酯胶粘剂中的胶粘剂和快干剂在表1～3中所示的现场温度下，按比例，通过分散机(800rpm转速下搅拌3分钟)混合均匀。然后启动秒表，每隔一分钟测试混合后胶水的粘度值，当胶水粘度达到或刚超过100,000mpa.s时，定义为终点，此时的时间即为适用期。

2、剪切强度性能测试(参见图1)：参考GB7124-1986。

仪器：自动气压机，拉伸机，精度为1mm的量具。

试片：含水率10±2％，密度700±100Kg/m³的榉木(25×30×10)。

试样的制备：把胶涂在胶接面上，胶接面积为25mm×25mm，涂胶量100g/m²，用自动样品加压机将两块试片迭合胶接成试样，施加0.1-0.2N/mm²的压力。

测试步骤:

(1)用量具测量试样胶接部分的长度和宽度；

(2)把准备好的试样安放于夹具中，应使所施的力互相平行，启动拉伸机，记下受压剪切时最大的载荷。

计算方法：

(1)剪切强度的计算:δ＝P/(L×B)

式中：δ---剪切强度，Mpa或N/mm²

P---试样断裂时最大载荷，N

L---试样胶接部分的长度，mm

B---试样胶接部分的宽度，mm

(2)代表同一性能的试样一般不少于五个

在进行剪切强度性能测试时，本发明实施例的聚氨酯胶粘剂在施用到基材之前，要确保已充分混合均匀；

通过在自动压力机上施加恒压，用于压缩剪切试验的基材是标准榉木，其长×宽×高对应为30×25×10mm³；

现场温度误差不超过1℃；

粘合重叠面积是25×25mm²。

本发明实施例1～3所得聚氨酯胶粘剂在基材榉木/榉木中的应用：

分别将实施例1～3中所制备的聚氨酯胶粘剂中的胶粘剂和快干剂按表1～3中所示的比例应用于榉木/榉木的粘接。将各个配方分别在表1～3所示的现场温度下混合，并涂布在基材榉木/榉木，加压一段时间，如下表1～3所示。如上所述测试剪切强度，结果示于下表1～3中。

表1.不同温度下实施例1各性能对比

表2.不同温度下实施例2各性能对比

表3.不同温度下实施例3各性能对比

通常情况下，以榉木/榉木为例，当剪切强度超过2Mpa时，粘接基材可以满足被卸压并进行轻加工的要求。从表1～3可以看出，实施例中的单组份聚氨酯胶粘剂在0-30℃这么宽的范围内都具有很长的适用期(>8h)，即便添加了快干剂，在当天操作条件下，对适用期也几乎没有明显的影响。本发明单组份聚氨酯胶粘剂在夏季环境下(温度≥25℃)，通过调节快干剂的用量，1～2小时内可以达到客户的卸压要求，这成倍地提高了客户的生产效率。即使在低温环境中，0-10℃间，也可以保证2-3小时内达到客户的卸压要求，保证客户在低温季节的产能。

对比试验

将本发明的单组份聚氨酯胶粘剂与市售传统的单组份聚氨酯胶粘剂及传统的双组份聚氨酯胶粘剂进行对比试验，试验结果如表4所示：

表4本发明产品与市售产品性能对比

从上表可以看出，本发明聚氨酯胶粘剂相对市售的单组份聚氨酯胶粘剂1或2都具有更长的保质期，有利于减少废品，同时方便客户灵活安排库存量。本发明聚氨酯胶粘剂相对市售的双组份聚氨酯胶粘剂1或2都具有更长的适用期和更快的固化速度，方便客户的操作，减少胶水浪费，并最终提高产品整体质量。按照产能计算，使用本发明聚氨酯胶粘剂，客户的产能是使用单组份聚氨酯胶粘剂的1.6-6倍；是使用双组份聚氨酯胶粘剂的2-4倍，其直接带来的经济效益非常显著，而由此间接带来的经济效益更是无法估量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，包括胶粘剂及快干剂，其中，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：二元醇0～3％、聚合多元醇15～50％、异氰酸酯30～70％、催化剂0～0.3％、溶剂0～25％、增塑剂0～15％，上述原料的总和为100％；

所述快干剂的添加量为所述胶粘剂的0～10％；

2.根据权利要求1所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：二元醇0～1％、聚合多元醇20～45％、异氰酸酯30～65％、催化剂0～0.2％、溶剂0～25％、增塑剂0～15％，上述原料的总和为100％；

3.根据权利要求2所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，按重量百分比计，所述胶粘剂的原料包括：聚合多元醇29～31％，异氰酸酯59～61％，溶剂9～11％，上述原料的总和为100％；所述快干剂的原料包括：催化剂20～22％，聚合多元醇14～16％，硅烷偶联剂7～9％，增塑剂9～11％，溶剂45～47％，上述原料的总和为100％；所述快干剂的添加量为所述胶粘剂的4.9～5.1％。

4.根据权利要求1～3任一项所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述二元醇为丁二醇、戊二醇、己二醇、辛二醇中的一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求1～3任一项所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述聚合多元醇为聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。

6.根据权利要求1～3任一项所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述多元醇为甘油、季戊四醇、木糖醇、山梨醇中的一种或一种以上的混合物。

7.根据权利要求1～3任一项所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯中的一种或一种以上的混合物。

8.根据权利要求1～3任一项所述的单组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮中的一种或一种以上的混合物；所述增塑剂为柠檬酸三丁酯、柠檬酸三辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三辛酯中的一种或一种以上的混合物。

9.一种权利要求1～8任一项所述的单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备胶粘剂：按照权利要求1～3任一项所述配比称取各原料，将所述异氰酸酯倒入搅拌釜中，加热到70～90℃后，加入所述聚合多元醇搅拌均匀，每加一种所述聚合多元醇反应0.5～2h，反应后降低物料温度到49～51℃；当原料包括所述溶剂、增塑剂和催化剂时，则在最后加入所述溶剂、增塑剂和催化剂搅拌均匀，反应0.5～1h，即得胶粘剂；

(2)制备快干剂：按照权利要求1～3任一项所述配比称取各原料，将所述聚合多元醇倒入搅拌釜中，当所述原料包含所述二元醇、多元醇，则将所述二元醇、多元醇一并倒入搅拌釜；加热到60～80℃后，加入所述硅烷偶联剂搅拌均匀，反应0.5～1h，接着降低物料温度到40～50℃，加入所述催化剂搅拌均匀，反应0.5～1h，当所述原料包括所述溶剂和增塑剂时，则在最后加入所述溶剂和增塑剂搅拌均匀，即得快干剂。

10.根据权利要求9所述的单组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，当所述原料包括所述二元醇时，则在降低物料温度到49～51℃的步骤之前加入所述二元醇搅拌均匀，反应0.5～1h。