CN108070070A - 一种tpu热熔胶喷涂工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：(1)将聚酯多元醇与异氰酸酯混合，惰性气体保护下搅拌，升温至50～100℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液；(2)将反应液分装在第一容器和第二容器中，第一容器中加入催化剂，安装喷枪的混合嘴，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上。本发明首次将聚酯多元醇与异氰酸酯预先混合并进行恒温反应，其中一部分反应液在催化剂的作用下先发生扩链反应，另一部分在喷涂的过程中再发生聚合，相较于现有技术，本发明喷涂工艺所得TPU热熔胶在基体材料上具有更强的成胶粘结力。

Description

一种TPU热熔胶喷涂工艺
技术领域
本发明涉及高分子材料加工技术领域，尤其涉及一种TPU热熔胶喷涂工艺。
背景技术
热熔胶是一种以树脂为基料，通过制备出的预聚体与增粘剂、填料、抗氧化剂等各种性能的添加助剂在一定条件下共同混合而制备出的同体胶黏剂。与其它类型胶黏剂具有便于包装、运输、储存、无溶剂、环保的优点，生产工艺简单、具有高附加值、强度高等优异性能，因此热疮胶工业发展迅速，出现了各种新型热熔胶产品，其制备技术也得到不断完善。
聚氨酯热熔胶是为了适应不同的印刷材料而设计的，它是由聚酯或聚醚多元醇与异氰酸酯、扩链剂加成聚合的分子链中具有氨基甲酸酯基和异氰酸酯基，且具有很高活性的一类粘合剂。此外，它可和多种含有羟基的官能团发生反应，形成界面化学键，从而与各种材料产生极强的黏附性能。另外，通过调配聚氨酯材料的混合比例，可形成软段与硬段不同形式混合的聚氨酯胶黏剂，从而制备不同性能胶黏剂以满足不同材料的粘结。由前面所述聚氨酯材料的特性可知，该结构是一种由软段、硬段彼此相嵌而形成的结构，因此聚氨酯热熔胶兼备强韧与柔软的特性，并且该结构遇到水分发生交联反应，与粘结材料形成牢固稳定的粘合层，在极低的温度下仍能保持较好的剥离强度，其耐低温效果远超其它类型胶黏剂。
综上所述，聚氨酯热熔胶是一种应用极为广泛的胶黏剂，目前聚氨酯热熔胶不仅可与纸张、纺织品等印刷材料产生很好的粘合性能，对塑料、陶瓷、木材、金属、皮革及无机材料等也有很好的粘合性能，因此在印刷包装、鞋业、建筑、铁路建设、医疗器材及航空航天领域都有广泛应用。
热塑性聚氨酯(TPU)涂层的制备方法有多种，喷涂技术是其中最主要的一种方法。喷涂技术有以下优点：(1)反应和固化速度快；(2)施工工艺简单，效率高；(3)涂层具有良好的拉伸强度和附着力等力学性能；(4)具有良好的热稳定性，在100℃下可长期使用。聚氨酯喷涂主要是基于反应注射成型技术，将两种具有反应性的液体通过设备混合发生反应，以空气压力为动力使其液滴雾化，经喷嘴射在试件上的一种快速成型工艺。现有技术中聚氨酯喷涂工艺通常将反应性的聚酯多元醇与异氰酸酯分装在两个容器中，在喷涂过程中才进行混合并反应，成胶粘着力有待进一步提高。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提出一种TPU热熔胶喷涂工艺，进一步改善TPU热熔胶的成胶粘着力。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚酯多元醇与异氰酸酯混合，惰性气体保护下搅拌，升温至50～100℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液；
(2)将步骤(1)所得胶液分装在第一容器和第二容器中，所述第一容器中加入催化剂，安装喷枪的混合嘴，将所述第一容器和所述第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上。本发明中基体材料包括纸张、纺织品、塑料、陶瓷、木材、金属、皮革等。
现有技术中聚氨酯喷涂工艺通常将反应性的聚酯多元醇与异氰酸酯分装在两个容器中，在喷涂过程中才进行混合并反应，成胶粘着力有待进一步提高。本发明首次将聚酯多元醇与异氰酸酯预先混合并进行恒温反应，其中一部分反应液在催化剂的作用下发生一定程度的扩链反应，另一部分反应液在喷涂的过程中再发生聚合反应，改善现有喷涂工艺所得TPU热熔胶在基体材料上的成胶粘结力，且本发明不需要对两容器中的喷涂流量比做特殊限定。
优选地，步骤(1)所述的聚酯多元醇为经过脱水处理的聚酯多元醇。异氰酸酯中的-NCO活性较强，易于水分发生反应生成胺和二氧化碳，因此在反应前应对聚酯多元醇做干燥处理以避免其中含有的水分会消耗一部分异氰酸酯。
优选地，所述脱水包括：在惰性气体中100～120℃干燥1～10h，例如，干燥问度为100℃、102℃、105℃、108℃、110℃、112℃、115℃、118℃或120℃等，干燥时间为1h、2h、5h、8h或10h等。
优选地，步骤(1)所述聚酯多元醇包括聚己二酸丁二醇醋二醇。
优选地，步骤(1)所述异氰酸酯包括4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。不同种类的异氰酸酯与多元醇反应制备得到的预聚体性质会有差异，目前常用的异氰酸酯大多为芳香族类异氰酸酯产品，自身活性有待提高。相较于现有技术中的芳香族类异氰酸酯产品，4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与聚己二酸丁二醇醋二醇配伍后具有较高的反应活性，所得热熔胶与基体材料之间的粘结力增强，且4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯相对更加环保。
优选地，步骤(1)所述恒温反应的温度为65-75℃，例如65℃、68℃、71℃、72℃、74℃或75℃等。
优选地，步骤(1)所述反应液中-NCO与-OH的摩尔比(R值)为2.3～3.2，例如2.3、2.5、2.6、2.8、3.0或3.2等，优选2.5～3.0。R值的大小表示异氰酸酯基浓度的大小，直接影响预聚体分子结构软硬段的密度排列。本发明的预聚体是为热熔胶的喷涂做准备的，具有特殊性，不同于其他涂覆工艺，本发明通过控制R值的范围，通常认为R值小于2时表明-OH过量，容易与空气中的水分发生副反应，影响产品性能；本发明中进一步优选R值为2.3～3.2，得到利于喷涂胶与基体材料实现良好初粘的黏度，可以不必添加增粘剂，而增粘剂往往造成热熔胶内聚力的破坏。
优选地，所述步骤(2)分装在第一容器的反应液与第二容器中的反应液体积比为1～4:1，例如1、1.5、2、2.5、3、3.5或4等，优选2～3:1。将含有催化剂的反应液和不含有催化剂的反应液先进行分装，在喷涂过程中完全实现混合，优化这两部分反应液的体积比，与喷涂协同，进一步提高热熔胶的粘结力。
优选地，步骤(2)所述催化剂包括有机锡类催化剂，优选二月桂酸二丁基锡。有机锡类催化剂相较于叔胺类催化剂等其他催化剂而言，能更好地减少副反应的发生从而增加热熔胶的附着性能，但辛酸亚锡催化活性较高容易产生爆聚现象。
第一反应器中的反应液在催化作用下发生一定程度的扩链，在喷涂过程中与第二反应器中的反应液混合，优选地，步骤(2)第二容器中加入三乙烯二胺，相较于同事将催化剂和三乙烯二胺加入反应液混合的方法，粘结力更强同时固化速度更快。
优选地，步骤(2)所述喷涂的压力为0.80-0.95MPa，例如0.80MPa、0.82MPa、0.85MPa、0.86MPa、0.87MPa、0.88MPa、0.89MPa、0.90MPa、0.92MPa或0.95MPa等，所述喷枪的走枪速度为20-30cm/s，例如20cm/s、22cm/s、25cm/s、28cm/s或30cm/s等，所述喷涂的喷涂距离为9-13cm，例如9cm、9.5cm、10cm、11cm、12cm、12.5cm或13cm等。本发明通过调节喷涂压力、走枪速度和喷涂距离，与反应液的温度和粘度相适应并产生协同作用，在保证不流挂不结皮的同时进一步优化成胶粘结力。
优选地，所述喷涂的压力为0.85-0.90MPa，所述喷枪的走枪速度为25-28cm/s，所述喷涂的喷涂距离为10-12cm。
作为本发明优选的技术方案，所述TPU热熔胶喷涂工艺包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中100～120℃干燥1～10h，再与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，惰性气体保护下搅拌，升温至50～100℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液，所述反应液中-NCO与-OH的摩尔比为2.3～3.2；
(2)将步骤(1)所得反应液按照体积比为1～4:1分装在第一容器和第二容器中，所述第一容器中加入二月桂酸二丁基锡，所述第二容器中加入三乙烯二胺，安装喷枪的混合嘴，将所述第一容器和所述第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上。所述喷涂的压力为0.80-0.95MPa，所述喷枪的走枪速度为20-30cm/s，所述喷涂的喷涂距离为9-13cm。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明首次将聚酯多元醇与异氰酸酯预先混合并进行恒温反应，其中一部分反应液在催化剂的作用下发生一定程度的扩链反应，另一部分反应液在喷涂的过程中再发生聚合反应，而现有技术中将聚酯多元醇与异氰酸酯分装在两个容器中再进行喷涂过程中一次性混合并反应的，相较于现有技术，本发明喷涂工艺所得TPU热熔胶在基体材料上具有更强的成胶粘结力；
2.本发明中进一步优选R值为2.3～3.2，得到利于喷涂胶与基体材料实现良好初粘的黏度，可以不必添加增粘剂，而增粘剂往往造成热熔胶内聚力的破坏；
3.将含有催化剂的反应液和不含有催化剂的反应液先进行分装，在喷涂过程中完全实现混合，优化这两部分反应液的体积比，与喷涂协同，进一步提高热熔胶的粘结力。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中100℃干燥10h，再与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，氮气保护下搅拌，升温至50℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液，反应液中-NCO与-OH的摩尔比为2.3；
(2)将步骤(1)所得反应液按照体积比为1:1分装在第一容器和第二容器中，第一容器中加入二月桂酸二丁基锡，安装喷枪的混合嘴，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上，同时喷完，喷涂的压力为0.80MPa，所述喷枪的走枪速度为20cm/s，所述喷涂的喷涂距离为9cm。
实施例2
一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中100℃干燥1h，再与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，氮气保护下搅拌，升温至100℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液，所述反应液中-NCO与-OH的摩尔比为3.2；
(2)将步骤(1)所得反应液按照体积比为4:1分装在第一容器和第二容器中，第一容器中加入二月桂酸二丁基锡，第二容器中加入三乙烯二胺，安装喷枪的混合嘴，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上，同时喷完，所述喷涂的压力为0.95MPa，所述喷枪的走枪速度为30cm/s，所述喷涂的喷涂距离为13cm。
实施例3
一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中110℃干燥3h，再与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，惰性气体保护下搅拌，升温至65℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液，反应液中-NCO与-OH的摩尔比为2.5；
(2)将步骤(1)所得反应液按照体积比为2:1分装在第一容器和第二容器中，第一容器中加入二月桂酸二丁基锡，第二容器中加入三乙烯二胺，安装喷枪的混合嘴，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上，同时喷完，所述喷涂的压力为0.85MPa，所述喷枪的走枪速度为25cm/s，所述喷涂的喷涂距离为10cm。
实施例4
一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中100℃干燥4h，再与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，惰性气体保护下搅拌，升温至75℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液，反应液中-NCO与-OH的摩尔比为2.5；
(2)将步骤(1)所得反应液按照体积比为3:1分装在第一容器和第二容器中，第一容器中加入二月桂酸二丁基锡，第二容器中加入三乙烯二胺，安装喷枪的混合嘴，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上，同时喷完，所述喷涂的压力为0.90MPa，所述喷枪的走枪速度为28cm/s，所述喷涂的喷涂距离为12cm。
实施例5
一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中100℃干燥2h，再与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，氮气保护下搅拌，升温至70℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液，所述反应液中-NCO与-OH的摩尔比为2.8；
(2)将步骤(1)所得反应液按照体积比为2.5:1分装在第一容器和第二容器中，所述第一容器中加入二月桂酸二丁基锡，所述第二容器中加入三乙烯二胺，安装喷枪的混合嘴，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上，同时喷完，喷涂的压力为0.88MPa，所述喷枪的走枪速度为26cm/s，所述喷涂的喷涂距离为11cm。
对比例1
一种TPU热熔胶喷涂工艺，包括如下步骤：
(1)将聚己二酸丁二醇醋二醇在惰性气体中100℃干燥2h，装在第一容器中，与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺装在第二容器中，均在氮气保护下搅拌，均升温至70℃，恒温时间与实施例5保持一致；各原料的用量与实施例5保持一致；
(2)将第一容器与第二容器安装在喷枪的混合嘴上，将第一容器和第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上，同时喷完，喷涂的压力、走枪速度为、喷涂距离与实施例5保持一致。
实施例6
与实施例5的区别仅在于：改变原料的比例使得R值变为3.5。
实施例7
与实施例5的区别仅在于：改变原料的比例使得R值变为2.0。
实施例8
与实施例5的区别仅在于：步骤(2)中第一容器和第二容器反应液的体积比为1:2。
实施例9
与实施例5的区别仅在于：步骤(2)中第一容器和第二容器反应液的体积比为5:1。
实施例10
与实施例5的区别仅在于：喷涂的压力0.70Mpa。
实施例11
与实施例5的区别仅在于：喷涂的压力1.00Mpa。
实施例12
与实施例5的区别仅在于：喷枪的走枪速度为15cm/s。
实施例13
与实施例5的区别仅在于：喷枪的走枪速度为35cm/s。
实施例14
与实施例5的区别仅在于：喷涂距离为7cm/s。
实施例15
与实施例5的区别仅在于：喷涂距离为20cm/s。
实施例16
与实施例5的区别仅在于：步骤(1)恒温反应过程中加入三乙烯二胺，而不是步骤(2)加在第二容器中。
按照各实施例与对比例的喷涂工艺在若干块150mm×75mm的钢板上分别喷涂5mm厚的TPU热熔胶，固化后参照GB/T 5210-2006标准测试附着力，并测试断裂伸长率，结果整理于表1。
表1
样品 附着力Mpa 断裂伸长率％ 样品 附着力Mpa 断裂伸长率％
实施例1 20.0 500 实施例10 20.0 500
实施例2 22.0 550 实施例11 21.2 530
实施例3 25.3 600 实施例12 21.0 500
实施例4 26.3 630 实施例13 22.0 530
实施例5 30.5 700 实施例14 20.0 520
实施例6 20.0 500 实施例15 21.0 550
实施例7 22.0 550 实施例16 21.0 540
实施例8 20.3 510 对比例1 10.0 220
实施例9 22.0 550 - - -
如表1所示，本发明TPU热熔胶喷涂工艺所获得成胶固化后与钢板的附着力在20.0Mpa以上，同时断裂伸长率在500％以上，相较于传统喷涂工艺有大幅提高。对照实施例5与对比例1可知，本发明将聚酯多元醇与异氰酸酯预先混合并进行恒温反应，其中一部分反应液在催化剂的作用下发生一定程度的扩链反应，另一部分反应液在喷涂的过程中再发生聚合反应，改善现有喷涂工艺所得TPU热熔胶在基体材料上的成胶附着力和机械性能。
对照实施例5与各对比例可知，本发明通过设置R值避免了引入增粘剂而造成的热熔胶内聚力的破坏，优化了TPU成胶附着力和机械性能。此外，本发明将含有催化剂的反应液和不含有催化剂的反应液先进行分装，在喷涂过程中再完全实现混合，优化这两部分反应液的体积比，与喷涂协同，进一步提高热熔胶的粘结力。本发明通过调节喷涂压力、走枪速度和喷涂距离，与反应液的温度和粘度等其他工艺条件相适应，喷涂压力、走枪速度和喷涂距离产生协同作用，在保证不流挂不结皮的同时进一步优化了TPU热熔胶在基体材料上的成胶附着力和机械性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚酯多元醇与异氰酸酯混合，惰性气体保护下搅拌，升温至50～100℃，恒温反应，直到异氰酸酯基的质量分数不变，得到反应液；
(2)将步骤(1)所得反应液分装在第一容器和第二容器中，所述第一容器中加入催化剂，安装喷枪的混合嘴，将所述第一容器和所述第二容器中的反应液同时喷涂在基体材料上。
2.如权利要求1所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(1)所述的聚酯多元醇为经过脱水处理的聚酯多元醇；
优选地，所述脱水包括：在惰性气体中100～120℃干燥1～10h。
3.如权利要求1或2所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(1)所述聚酯多元醇包括聚己二酸丁二醇醋二醇。
4.如权利要求1-3任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(1)所述异氰酸酯包括4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。
5.如权利要求1-4任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(1)所述恒温反应的温度为65-75℃。
6.如权利要求1-5任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(1)所述反应液中-NCO与-OH的摩尔比为2.3～3.2，优选2.5～3.0。
7.如权利要求1-6任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，所述步骤(2)分装在第一容器的反应液与第二容器中的反应液体积比为1～4:1，优选2～3:1。
8.如权利要求1-7任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(2)所述催化剂包括有机锡类催化剂，优选二月桂酸二丁基锡。
9.权利要求1-8任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(2)第二容器中加入三乙烯二胺。
10.权利要求1-9任一项所述的TPU热熔胶喷涂工艺，其特征在于，步骤(2)所述喷涂的压力为0.80-0.95MPa，所述喷枪的走枪速度为20-30cm/s，所述喷涂的喷涂距离为9-13cm；
优选地，所述喷涂的压力为0.85-0.90MPa，所述喷枪的走枪速度为25-28cm/s，所述喷涂的喷涂距离为10-12cm。
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