CN107586528B - 一种空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法，在其配方中引入了改性蓖麻油多元醇和有机硅化合物。本发明工艺简单，易于操作，成本较低，对空气过滤器玻璃纤维滤芯和不锈钢边框粘接性能优异，抗振动性能好，耐湿热性能好。

Description

一种空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种空气过滤器用聚氨酯胶粘剂及其制备方法，属于胶粘剂技术领域。

背景技术

空气过滤器是指空气过滤装置，一般用于洁净车间、洁净厂房、实验室或医用洁净室等，也用于电子、机械、精密仪器、通讯、医疗器械等行业对防尘和除尘有较高要求的领域。其中耐高温空气过滤器主要用于食品、制药等生产环节要求烘干的超洁净烘干箱和高要求的净化系统。

耐高温空气过滤器一般由超细玻璃纤维滤芯、铝箔隔板和不锈钢边框组成，其中需要用到耐高温的密封胶或胶粘剂，将滤芯与边框粘接和密封起来，保证无漏点，要求耐160-200℃高温，具有一定的抗振动性能。而目前常用的密封胶或胶粘剂多为有机硅类的，其耐高温性能较好，但存在着粘接强度不高、固化速度较慢、耐低温性能差、抗振动性能不足的问题，需要进行改进。

聚氨酯密封胶或胶粘剂以其优异的力学性能、耐低温性、耐冲击性、粘接范围广等特点，广泛应用于汽车、建筑、机械、电子灌封等行业。但市场上现有的聚氨酯密封胶其耐湿热耐老化性欠佳，耐高温性较差，不适用于空气过滤器中作为胶粘剂使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统空气过滤器用密封胶或胶粘剂粘接强度不高、固化速度慢、耐高温性能不足的问题，提供一种空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法。

本发明所述空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂，引入了改性的蓖麻油多元醇链段，用改性的蓖麻油多元醇替代了普通的蓖麻油多元醇，以提升聚氨酯胶粘剂的耐高温性能和粘结强度。

所述改性蓖麻油多元醇为马来酸酐改性蓖麻油或环氧改性蓖麻油，其官能度2～3，羟值为30-300mgKOH/g。

所述改性蓖麻油多元醇均为市售商购产品，优选凡特鲁斯的D-120、D-140；

作为进一步的改进，本发明所述空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂，还引入了有机硅链段。所述有机硅链段通过共聚的方式引入所述述空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂中。

提供所述有机硅链段的化合物选自以下任意一种：羟基聚二甲基硅氧烷、氨基聚二甲基硅氧烷、环氧基聚二甲基硅氧烷、巯基聚二甲基硅氧烷、氨基烷基三乙基硅氧烷、环氧基烷基三乙基硅氧烷、巯基烷基三乙基硅氧烷。

本发明使用有机硅与聚氨酯共聚改性，弥补常规聚氨酯胶粘剂耐高温性、耐老化性不足的缺点，同时可以保持聚氨酯胶粘剂本身优异的耐低温性和较高的粘接强度。并且，通过调整聚氨酯软段分子量大小，可以获得不同固化速度的产品，能较好的满足空气过滤器行业对胶粘剂的操作性要求。

本发明所述的空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂，其组成配方为：

组分A

A组分的原料，按质量份计，如下所述：

B组分的原料，按质量份计，如下所述：

多异氰酸酯 40～65份，

聚合物二元醇 25～50份，

有机硅化合物 10～20份，

所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇，其分子量为300～2000(均为重均分子量，下同)，官能度为2或3，羟值为50-500mgKOH/g，其中分子量为300～999的占30～50％(重量比)，分子量为1000～2000的占50～70％(重量比)，均为市售商购产品；

所述无机填料包括重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙中任意一种和三氧化二铝、二氧化钛、云母粉中任意一种按照2～4:1(重量比)组合而成；

所用的阻燃剂为无卤无卤含磷类阻燃剂，磷的含量为5-35％，分解温度大于180℃，为市售商购产品，优选济南泰星的HT-219、HT-241；

所用的消泡剂是硅氧烷类消泡剂，其中优选德国BYK公司的BYK-141、BYK-067A和德国Tego公司的805、825。

所用的催化剂包括：有机锡、有机锌、有机铋中的任意一种；

所述多异氰酸酯包括：多亚甲基多苯基异氰酸酯(聚合MDI)、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物(MDI-50)，碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯(液化MDI)或NCO值在25-32％之间的MDI预聚体、MDI改性体中的任意一种；

所述聚合物二元醇为聚氧化丙烯二元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇中一种或两种以任意比组合，其分子量为1000-3000，羟值为100-500mgKOH/g，为市售商购产品；

所述双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法包括下述步骤：

制备A组分

将上述聚醚多元醇、改性蓖麻油多元醇加入反应釜中，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入无机填料，以600-1000r/min的速度高速分散搅拌1-2h，然后加入阻燃剂、消泡剂、催化剂，继续搅拌均匀，检测粘度为2000～5000mPa·s之间合格出料。即制得该双组分聚氨酯灌封胶的A组分；

所述制备A组分步骤中：

制备B组分：

向聚合釜中快速加入40～65份多异氰酸酯、25～50份聚合物二元醇，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2-3小时，然后加入10～20份有机硅化合物，继续反应1-2小时，测定NCO值为20～30％之间合格后降温到室温下出料，得到B组份。

本发明的制备方法通过对不同分子量聚醚多元醇的选择，保证了较快的固化速度和粘接强度；加入环氧改性或马来酸酐改性的蓖麻油多元醇，提高了聚合物的耐高温性能和粘接强度。

本发明通过加入羟基、氨基、环氧基或巯基的有机硅化合物与多异氰酸酯进行接枝反应，使得聚合物链段中带有-Si-O和-NHCO-两种基团，既具有较好的耐高温性和耐湿热性，又具有很好的耐低温性、抗振动性和粘接强度，把聚氨酯和有机硅化合物的优点完美结合起来。

本发明工艺简单，易于操作，原材料均为市售商品，成本较低，对空气过滤器玻璃纤维滤芯和不锈钢边框粘接性能优异，抗振动性能好，耐湿热性能好。尤其软段采用了马来酸酐或环氧改性蓖麻油，硬段采用有机硅化合物改性聚氨酯，使得该密封胶耐高温可到200℃，耐低温可到-70℃，使用范围很宽泛，很好的满足了空气过滤器行业的使用要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步描述。下述实施例中，所有组分均为商购。

实施例一

本实施例一提供一种空气过滤器用耐高温双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，制得的双组分聚氨酯胶粘剂固化速度较快，粘接强度高，耐高温性能优异等特点。用于空气过滤器的粘接及密封。该制备方法具体包括：

制备A组分：

按下述配比取原料：

将15质量份的分子量为500的聚氧化丙烯三元醇、20质量份的分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇、16质量份的环氧改性蓖麻油，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入33质量份的重质碳酸钙、16质量份的云母粉在高速分散机中充分捏合均匀，然后加入6质量份的无卤含磷类阻燃剂、0.02质量份的聚硅氧烷消泡剂和0.01质量份的有机锡催化剂搅拌均匀，取样测粘度为3000mPa·s。合格即为双组分聚氨酯胶粘剂的A组分。

制备B组分：

按下述配比取原料：

多亚甲基多苯基异氰酸酯45份、分子量为3000聚氧化丙烯二元醇40份、端二羟基聚二甲基硅氧烷15份；

以质量份计，在聚合釜中加入40份分子量为3000的聚氧化丙烯二元醇，快速加入45份多亚甲基多苯基异氰酸酯，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2小时，然后加入15份羟基聚二甲基硅氧烷，继续反应1-2小时，取样测定NCO值为24.5％，合格即得到B组份；

复配：将所述A组分与所述B组分按3～5：1的质量比混合后，即得到双组分聚氨酯胶粘剂，用于空气过滤器的边框粘接和密封。

实施例二

本实施例二提供一种空气过滤器用耐高温双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，制得的双组分聚氨酯胶粘剂固化速度较快，粘接强度高，耐高温性能优异等特点。用于空气过滤器的粘接及密封。该制备方法具体包括：

制备A组分：

按下述配比取原料：

将20质量份的分子量为400的聚氧化丙烯三元醇、30质量份的分子量为1000的聚氧化丙烯二元醇、19质量份的环氧改性蓖麻油，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入30质量份的轻质碳酸钙、10质量份的三氧化二铝在高速分散机中充分捏合均匀，然后加入5质量份的无卤含磷类阻燃剂、0.03质量份的聚硅氧烷消泡剂和0.02质量份的有机铋催化剂搅拌均匀，取样测粘度为3500mPa·s。合格即为双组分聚氨酯胶粘剂的A组分。

制备B组分：

按下述配比取原料：

以质量份计，在聚合釜中加入35份分子量为1500的聚氧化丙烯二元醇和5份分子量为2000的聚己内酯二元醇，快速加入50份MDI-50，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2小时，然后加入10份氨基聚二甲基硅氧烷，继续反应1-2小时，取样测定NCO值为23％，合格即得到B组份。

复配：将所述A组分与所述B组分按3～5：1的质量比混合后，即得到双组分聚氨酯胶粘剂。

实施例三：

本实施例三提供一种空气过滤器用耐高温双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，制得的双组分聚氨酯胶粘剂固化速度较快，粘接强度高，耐高温性能优异等特点。用于空气过滤器的粘接及密封。该制备方法具体包括：

制备A组分：

按下述配比取原料：

将20质量份分子量为600的聚氧化丙烯三元醇、25质量份分子量为1500的聚氧化丙烯二元醇、23质量份的马来酸酐改性蓖麻油，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入35质量份的纳米碳酸钙、15质量份的二氧化钛在高速分散机中充分捏合均匀，然后加入8质量份的无卤含磷类阻燃剂、0.04质量份的聚硅氧烷消泡剂和0.02质量份的有机锌催化剂搅拌均匀，取样测粘度为2400mPa·s。合格即为双组分聚氨酯胶粘剂的A组分。

制备B组分：

按下述配比取原料：

以质量份计，在聚合釜中加入20份分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇和10份分子量为1500的聚四氢呋喃二元醇，快速加入60份碳化二亚胺改性甲基苯基异氰酸酯(液化MDI)，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2小时，然后加入10份氨基烷基三乙基硅氧烷，继续反应1-2小时，取样测定NCO值为25％，合格即得到B组份。

复配：将所述A组分与所述B组分按3～5：1的质量比混合后，即得到双组分聚氨酯胶粘剂。

实施例四：

本实施例四提供一种空气过滤器用耐高温双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，制得的双组分聚氨酯胶粘剂固化速度较快，粘接强度高，耐高温性能优异等特点。用于空气过滤器的粘接及密封。该制备方法具体包括：

制备A组分：

按下述配比取原料：

将25质量份的分子量为800的聚氧化丙烯三元醇、30质量份的分子量为1000的聚氧化丙烯二元醇、13质量份马来酸酐改性蓖麻油，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入36质量份的重质碳酸钙、10质量份的三氧化二铝在高速分散机中充分捏合均匀，然后加入9质量份的无卤含磷类阻燃剂、0.05质量份的聚硅氧烷消泡剂和0.01质量份的有机锡催化剂搅拌均匀，取样测粘度为4500mPa·s。此为双组分聚氨酯胶粘剂的A组分。

制备B组分：

按下述配比取原料：

以质量份计，在聚合釜中加入25份重均分子量为2500的双酚A改性聚氧化丙烯二元醇，快速加入55份改性MDI预聚体(NCO％为27.5)，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2小时，然后加入18份氨基烷基聚硅氧烷，继续反应1-2小时，取样测定NCO值为21.5％，合格即得到B组份。

复配：将所述A组分与所述B组分按3～5：1的质量比混合后，即得到双组分聚氨酯胶粘剂。

实施例五：

本实施例五提供一种空气过滤器用耐高温双组分聚氨酯胶粘剂的制备方法，制得的双组分聚氨酯胶粘剂固化速度较快，粘接强度高，耐高温性能优异等特点。用于空气过滤器的粘接及密封。该制备方法具体包括：

制备A组分：

按下述配比取原料：

将18质量份的分子量为700的聚氧化丙烯三元醇、22质量份的分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇、24质量份环氧改性蓖麻油，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入42质量份重质碳酸钙、10质量份的云母粉在高速分散机中充分捏合均匀，然后加入7质量份的无卤含磷类阻燃剂、0.02质量份聚硅氧烷消泡剂和0.01质量份的有机锌催化剂搅拌均匀，取样测粘度为4000mPa·s。合格即为双组分聚氨酯胶粘剂的A组分。

制备B组分：

按下述配比取原料：

以重量份计，在聚合釜中加入20份重均分子量为1000的聚氧化丙烯二元醇和10份重均分子量为3000聚己内酯二元醇，快速加入55份二苯基甲烷二异氰酸酯(纯MDI)，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2小时，然后加入12份环氧基烷基三乙基硅氧烷，继续反应1-2小时，取样测定NCO值为27％，合格即得到B组份。

复配：将所述A组分与所述B组分按3～5：1的质量比混合后，即得到双组分聚氨酯胶粘剂。

对比例一

同实施例一，将A组分制备方法中分子量为500的聚氧化丙烯三元醇换成分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇。

对比例二

同实施例一，将A组分制备方法中环氧改性蓖麻油多元醇换成未改性的蓖麻油多元醇。

对比例三

同实施例一，将B组分制备方法中羟基聚二甲基硅氧烷去掉。

应用例：

使用实施例1-5及对比例1-3所得胶粘剂与市售商品A(有机硅类)、B(聚氨酯类)应用于空气过滤器的边框密封和粘接，按照JC/T482-2003《聚氨酯建筑密封胶》方法测定表干时间和固化时间；按照GB/T 6329-1996《胶黏剂对粘接头拉伸强度的测定》方法来测定拉伸强度；按照GB/T7124-2008《胶黏剂拉伸剪切强度的测定》方法来测定剪切强度，并测定85℃×85％湿度条件下老化1000h之后的剪切强度；采用差热-热重分析仪测定胶粘剂的失重5％温度和500℃的残留率。结果如下：

从以上测定结果来看，在表干时间和固化时间方面，实施例1～5均快于市售商品A、B；实施例1与对比例1相比，由于没有小分子量的聚醚多元醇参与，对比例1的表干时间变慢，固化时间延长一倍；由此说明，一定比例的小分子量聚醚多元醇可以明显提高本发明聚氨酯胶粘剂的的固化速度。

在拉伸强度和剪切强度方面，实施例1～5均好于市售商品A、B，尤其比有机硅类的胶粘剂好，这是聚氨酯胶粘剂本身性能特点；实施例1与对比例2相比，由于改性蓖麻油多元醇上有马来酸酐基团或环氧基团，相比未改性的蓖麻油的强度要好一些。

在耐老化性能方面，实施例1～5好于市售商品B(聚氨酯类)，经过在85℃×85％湿度条件下老化1000h之后的剪切强度下降较小，而市售商品A(有机硅类)基本无明显下降甚至升高，这也是有机硅胶粘剂本身的特性；实施例1与对比例3相比，由于没有使用有机硅化合物来进行改性，对比例3的耐老化性能明显下降，说明经过有机硅化合物的改性能提高聚氨酯胶粘剂的耐老化性能。

在耐高温性能方面，实施例1～5好于市售商品B(聚氨酯类)，失重5％的温度明显高于市售商品B(聚氨酯类)，500℃残留率也高于市售商品B(聚氨酯类)，本发明采取改性蓖麻油和有机硅化合物改性的双重作用，聚氨酯胶粘剂的耐温性得到明显改善；实施例1与对比例3相比，对比例3的失重5％温度和500℃残留率均明显下降，这也说明经过有机硅化合物改性后本发明的聚氨酯胶粘剂的耐温性得到很大提高，改性的作用十分明显。

综上所述，本发明通过对不同分子量聚醚多元醇的选择，保证了较快的固化速度和粘接强度；加入环氧改性或马来酸酐改性的蓖麻油多元醇，一定程度上提高了化合物的耐高温性能和粘接强度；通过加入含羟基、氨基、环氧基或巯基的有机硅化合物与多异氰酸酯进行接枝反应，使得聚合物链段中带有-Si-O和-NHCO-两种基团，既具有较好的耐高温性和耐老化性，又具有很好的耐低温性、抗振动性和粘接强度，把聚氨酯和有机硅化合物的优点完美结合起来。使得该聚氨酯胶粘剂耐高温可到200℃，耐低温可到-70℃，使用范围很宽泛，很好的满足了空气过滤器行业的使用要求。

Claims (3)

1.一种空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂，其组成中含有蓖麻油多元醇链段，其特征在于，所述蓖麻油多元醇链段经由改性的蓖麻油多元醇引入；

所述改性蓖麻油多元醇为马来酸酐改性蓖麻油或环氧改性蓖麻油，其官能度2~3，羟值为30-300mgKOH/g；

所述空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂的组成中还含有有机硅链段；所述有机硅链段通过共聚的方式引入所述述空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂中；

提供所述有机硅链段的有机硅化合物选自以下任意一种：羟基聚二甲基硅氧烷、氨基聚二甲基硅氧烷、环氧基聚二甲基硅氧烷、巯基聚二甲基硅氧烷、氨基烷基三乙基硅氧烷、环氧基烷基三乙基硅氧烷、巯基烷基三乙基硅氧烷；

其组成配方为：

组分A

A组分的原料，按质量份计，如下所述：

聚醚多元醇 35～55份，

改性蓖麻油多元醇 10～25份，

无机填料 20～50份，

阻燃剂 5～10 份，

消泡剂 0.01～0.05份，

催化剂 0.01～0.03份；

B组分的原料，按质量份计，如下所述：

多异氰酸酯 40～65份，

聚合物二元醇 25～50份，

有机硅化合物 10～20份；

所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇，其分子量为300～2000，官能度为2和3，羟值为50-500mgKOH/g，其中分子量为300~999的占30~50wt%，分子量为1000~2000的占50~70wt%；所述无机填料包括重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳米碳酸钙中任意一种和三氧化二铝、二氧化钛、云母粉中任意一种按照2~4:1的重量比组合而成；

所用的阻燃剂为无卤含磷类阻燃剂，磷的含量为5-35%，分解温度大于180℃；

所用的消泡剂是硅氧烷类消泡剂；

所用的催化剂包括有机锡、有机锌、有机铋中的任意一种；

所述多异氰酸酯包括：多亚甲基多苯基异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、MDI-50，液化MDI或NCO值在25-32%之间的MDI预聚体中的任意一种；所述液化MDI是指液化的碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯；

所述聚合物二元醇为聚氧化丙烯二元醇、聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇中一种或两种以任意比组合，其分子量为1000-3000，羟值为100-500mgKOH/g；

前述分子量均为重均分子量。

2.根据权利要求1所述的空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述消泡剂为德国BYK公司的BYK-141、BYK-067A和德国Tego公司的805、825。

3.权利要求1或2的任一项所述的空气过滤器用耐高温双组份聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

制备A组分

将聚醚多元醇、改性蓖麻油多元醇加入反应釜中，升温到110-120℃，边搅拌边抽真空脱水2-3h，水分指标控制在200ppm以下；降温至40-50℃，加入无机填料，以600-1000r/min的速度高速分散搅拌1-2h，然后加入阻燃剂、消泡剂、催化剂，继续搅拌均匀，检测粘度为2000~5000mPa·s之间合格出料；即制得该双组分聚氨酯胶粘剂的A组分；

制备B组分：

向聚合釜中快速加入40～65份多异氰酸酯、25～50份聚合物二元醇，缓慢升温至80℃，并在通干燥氮气状态下搅拌反应2-3小时，然后加入10～20份有机硅化合物，继续反应1-2小时，测定NCO值为20~30%之间合格后降温到室温下出料，得到B组份。