CN110699033A - 一种双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用，该胶粘剂包括重量比为1:0.8～1.2的A组分和B组分；其中：A组分包括蓖麻油、蓖麻油改性多元醇、芳香族聚醚多元醇、增粘树脂、阻燃无机填料、白炭黑、偶联剂和催化剂；B组分包括含功能性官能团的固化剂、白炭黑、阻燃增塑剂以及阻燃无机填料，固化剂由聚烯烃多元醇、芳香族聚醚多元醇及异氰酸酯通过嵌段共聚反应合成。本发明通过使用具有刚性苯环的芳香族聚醚多元醇与柔性的聚烯烃多元醇进行嵌段共聚，并与环保阻燃剂配合使用，使得胶粘剂同时具备环保、阻燃效果好、固化后粘接强度高、韧性好、抗震性能好等优点，非常适合用于动力电池电芯与电芯之间或电芯与底壳之间的结构粘接。

Description

一种双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于双组分聚氨酯胶粘剂领域，具体涉及一种用于动力电池粘接的双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
新能源电动汽车是解决能源、环境、城市交通等问题的一个主流趋势，也是未来汽车产业发展的一个主要方向。当下，家用的混合动力汽车、纯电动汽车已在大部分地区投入使用；电动公共汽车、巡逻车、接待车、搬运车、摆渡车等已经在各行业得到广泛普及。纯电动车的上游产业主要为锂离子电池、电机及控制系统、汽车整车控制系统等产业，下游产业则为充电设施、电池回收等产业。在纯电动汽车的成本构成中，电力驱动系统，占比达到整车的50％以上。其中，锂电池是关键之一，而胶粘剂是实现电力驱动系统稳定、高效、持久、安全工作的一个核心因素之一，尤其是功能型胶粘剂产品,在新能源汽车电池结构稳定性、减振降噪、密封防锈、隔热消音、紧固防松，以及简化制造工艺、减轻车身质量等方面能起到重要作用。因此，亟需开发一种耐疲劳性能、抗震动性能、耐湿热老化性能、耐冷热冲击性能、绝缘性能好的动力电池胶粘剂。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明通过利用具有刚性苯环的芳香族聚醚多元醇与柔性的聚烯烃多元醇进行嵌段共聚，并与环保阻燃剂配合使用，制备出一种综合性能优异、同时具备环保、阻燃的双组分聚氨酯胶粘剂，其固化后粘接强度高、韧性好、阻燃效果好，非常适合用于动力电池电芯与电芯之间或电芯与底壳之间的结构粘接。
本发明提供的技术方案具体如下：
一种双组份聚氨酯胶粘剂，包括重量比为1:0.8～1.2的A组分和B组分；其中：
按A组分总重量为100重量份计，所述A组分包括蓖麻油10-30重量份、蓖麻油改性多元醇10-30重量份、芳香族聚醚多元醇5-20重量份、增粘树脂5-15重量份、白炭黑2-3重量份、阻燃无机填料10-30重量份、偶联剂0.3-2重量份、催化剂0-2重量份；
按B组分总重量为100重量份计，所述B组分包括阻燃增塑剂5-25重量份、阻燃无机填料20-40重量份、白炭黑1-2重量份，余量为固化剂；所述固化剂具有如下通式：
Figure BDA0002255603620000021
R1代表
R2代表
R3代表
Figure BDA0002255603620000024
其中，a＝1～5，b＝1～5，x＝10～20，y＝10～20，z＝10～20，p＝1～2。
在上述技术方案的基础上，A组分和B组分的重量比为1:1。
在上述技术方案的基础上，固化剂由重量比为2～15：5～20：20～50的聚烯烃多元醇、芳香族聚醚多元醇、异氰酸酯经过嵌段共聚反应得到。
在上述技术方案的基础上，改性蓖麻油多元醇的羟值为100～500mgKOH/g，其相对分子质量为300～1000。
在上述技术方案的基础上，芳香族聚醚多元醇为双酚A类聚氧化乙烯多元醇或聚氧化丙烯多元醇。
在上述技术方案的基础上，增粘树脂为氢化松香酚、C5系石油树脂、C9系石油树脂、二环戍二烯系石油树脂、苯乙烯系树脂、烷基酚醛树脂、萜烯酚醛树脂中的一种或几种。
在上述技术方案的基础上，阻燃增塑剂为不含卤素的磷酸酯类阻燃增塑剂，选自甲级磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三异丙基苯酯中的一种或几种；阻燃无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的一种或几种。
在上述技术方案的基础上，阻燃增塑剂为磷酸三异丙基苯酯，所述A组分中的阻燃无机填料为氢氧化铝或氢氧化镁。
在上述技术方案的基础上，偶联剂为端环氧基硅烷偶联剂。
在上述技术方案的基础上，催化剂为脂肪族胺类催化剂、有机金属催化剂中的一种。
在上述技术方案的基础上，聚烯烃多元醇为端羟基聚丁二烯多元醇、氢化端羟基聚丁二烯多元醇、端羟基聚丁二烯-丙烯氰多元醇中的一种或多种。
在上述技术方案的基础上，B组分中的异氰酸酯为(i)液化二苯基甲烷二异氰酸酯，或(ii)液化二苯基甲烷二异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯的混合物。
一种制备上述双组份聚氨酯胶粘剂的方法，包括以下步骤：
(1)按上述重量百分比准备原料；
(2)将蓖麻油、改性蓖麻油多元醇、芳香族聚醚多元醇、增粘树脂加入反应器中，加热至100-120℃，真空搅拌脱水1-3小时，然后降温至55-65℃，再加入阻燃无机填料、白炭黑、偶联剂、催化剂，真空搅拌1-3小时，制得A组分；
(3)将异氰酸酯加入反应器中，持续通入氮气，搅拌升温至70-80℃，滴加聚烯烃多元醇，加料完成后在80±2℃下通氮气反应1-3小时；加入阻燃增塑剂，再滴加芳香族聚醚多元醇，在80±2℃下通氮气反应1-3小时，降温至60℃±2℃，加入阻燃无机填料和白炭黑，真空搅拌1-3小时，制得B组分。
本发明的原理具体如下：
本发明使用具有刚性苯环的芳香族聚醚多元醇与柔性的聚烯烃多元醇进行嵌段共聚，并与环保阻燃剂等配合使用环保阻燃剂等，制备的产品具备强度高、韧性好、抗震效果好、阻燃、环保等优点，非常适合用于动力电池电芯之间以及电芯与底壳之间的结构粘接。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明提供的双组份聚氨酯胶粘剂适用基材广泛，尤其对铝板和PET膜粘接性能好，其耐疲劳性能、耐湿热老化性能、耐冷热冲击性能、绝缘性能均非常优异，且操作性好。
(2)本发明提供的双组份聚氨酯胶粘剂不含铅镉汞等重金属离子，绿色环保，抗震性能满足GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法》第7.2项的测试要求，阻燃特性符合UL94-V0/UL94-HB。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
以下实施例中所用改性蓖麻油购于凡特鲁斯特种化学品(南通)有限公司，牌号T400，改性蓖麻油保留了蓖麻油的憎水性且提高了固化物的综合性能。
实施例1
A组分的制备步骤：按A组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入27.81重量份蓖麻油、25.12重量份改性蓖麻油多元醇(Polycin T400)、12.56重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)、8.97重量份增粘树脂(班德路L2510)，加热至120℃后在真空度为-0.9MPa状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入18.36重量份氢氧化铝、2.23重量份白炭黑、4.49重量份4A分子筛、0.45重量份KH560、0.01重量份的二月桂酸二丁基锡，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，即得到A组分。
B组分的制备步骤：按B组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入42.16重量份万华化学MDI-50，持续通入氮气，开启搅拌，升温至75℃，滴加8.00重量份端羟基聚丁二烯，加料完成后在80±2℃下通氮气继续反应1h；加入10.93重量份磷酸三异丙基苯酯，滴加5.00重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)，在80±2℃下通氮气继续反应2h；然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，加入31.96重量份氢氧化铝、1.95重量份白炭黑，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，得到B组分。
按照A：B＝1:1(重量比)充分混合后即可使用。
实施例2
A组分的制备步骤：按A组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入27.81重量份蓖麻油、10.00重量份改性蓖麻油多元醇(Polycin T400)、29.00重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)、8.97重量份增粘树脂(班德路L2510)，加热至120℃，并在真空度为-0.9MPa条件下脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入5.79重量份氢氧化铝、10.04重量份氢氧化镁、4.49重量份4A分子筛、2.00重量份白炭黑、1.85重量份KH560、0.05重量份二月桂酸二丁基锡，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，即得到A组分。
B组分的制备步骤：按B组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加42.16重量份入万华化学MDI-50，持续通入氮气，开启搅拌，升温至75℃，滴加8.00重量份端羟基聚丁二烯，加料完成后在80±2℃下通氮气继续反应1h；加入10.93重量份磷酸三异丙基苯酯，滴加5.00重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)，在80±2℃下通氮气继续反应2h；然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，加入31.96重量份氢氧化铝、1.95重量份白炭黑，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，得到B组分。
按照A：B＝1:1(重量比)充分混合后即可使用。
实施例3
A组分的制备步骤：按A组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入27.81重量份蓖麻油、10.20重量份改性蓖麻油多元醇(Polycin T400)、19.5重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)、8.97重量份增粘树脂(班德路L2510)，加热至120℃，并在真空度为-0.9MPa条件下脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入18.98重量份铝、6.10重量份氢氧化镁、4.49重量份4A分子筛、3.0重量份白炭黑、0.8重量份KH560、0.15重量份二月桂酸二丁基锡，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，即得到A组分。
B组分的制备步骤：按B组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入35.5重量份万华化学MDI-50，持续通入氮气，开启搅拌，升温至75℃，滴加15.00重量份端羟基聚丁二烯，加料完成后在80±2℃下通氮气继续反应1h；加入9.00重量份磷酸三异丙基苯酯，滴加5.00重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)，在80±2℃下通氮气继续反应2h；然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，加入34.5重量份氢氧化铝、1.00重量份白炭黑，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，得到B组分。
按照A：B＝1:1(重量比)充分混合后即可使用。
实施例4
A组分的制备步骤：按A组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入27.81重量份蓖麻油、25.12重量份改性蓖麻油多元醇(Polycin T400)、12.56重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)、8.97重量份增粘树脂(班德路L2510)，加热至120℃，并在真空度为-0.9MPa条件下脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入18.13重量份氢氧化铝、4.50重量份4A分子筛、2.23重量份白炭黑、0.67重量份KH560、0.01重量份二月桂酸二丁基锡，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，即为A组分。
B组分的制备步骤：按B组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入50.0重量份万华化学MDI-50，持续通入氮气，开启搅拌，升温至75℃，滴加5.0重量份端羟基聚丁二烯，加料完成后在80±2℃下通氮气继续反应1h；加入12.10重量份磷酸三异丙基苯酯，滴加11.0重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)，在80±2℃下通氮气继续反应2h；然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，加入20.00重量份氢氧化铝、1.9重量份白炭黑，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，得到B组分。
按照A：B＝1:1(重量比)充分混合后即可使用。
实施例5
A组分的制备步骤：按A组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入20.90重量份蓖麻油、10.20重量份改性蓖麻油多元醇(Polycin T400)、5.00重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)、20.0重量份增粘树脂(班德路L2510)，加热至120℃，并在真空度为-0.9MPa条件下脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入36.72重量份氢氧化铝、2.23重量份白炭黑、0.45重量份KH560、0.01重量份二月桂酸二丁基锡，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，得到A组分。
B组分的制备步骤：按B组分总重量为100重量份计，在三口烧瓶中加入25.3重量份万华化学MDI-50，持续通入氮气，开启搅拌，升温至75℃后15.0重量份滴加端羟基聚丁二烯，加料完成后在80±2℃下通氮气继续反应1h；加入20.00重量份磷酸三异丙基苯酯，滴加5.0重量份双酚A类聚氧化乙烯多元醇(BSA-30F)，在80±2℃下通氮气继续反应2h；然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，加入32.75重量份氢氧化铝、1.95重量份白炭黑，在真空度为-0.9MPa条件下搅拌2小时，出料，得到B组分。
按照A：B＝1:1(重量比)充分混合后即可使用。
性能测试：
硬度按照《GB/T531-1999橡胶袖珍硬度计压入硬度实验方法》进行测试。
剪切强度按照《GB 7124-86胶粘剂拉伸剪切强度测定方法(金属对金属)》进行测试；
拉伸强度和断裂伸长率按照《GB/T 1040-92塑料拉伸性能测试方法》进行测试；
其结果如表1所示：
表1实施例1-5制备的胶粘剂的性能指标
Figure BDA0002255603620000081
上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实施例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：包括重量比为1:0.8～1.2的A组分和B组分；其中：
按A组分总重量为100重量份计，所述A组分包括蓖麻油10-30重量份、蓖麻油改性多元醇10-30重量份、芳香族聚醚多元醇5-20重量份、增粘树脂5-15重量份、白炭黑2-3重量份、阻燃无机填料10-30重量份、偶联剂0.3-2重量份、催化剂0-2重量份；
按B组分总重量为100重量份计，所述B组分包括阻燃增塑剂5-25重量份、阻燃无机填料20-40重量份、白炭黑1-2重量份，余量为固化剂；所述固化剂具有如下通式：
Figure FDA0002255603610000011
R1代表
Figure FDA0002255603610000012
R2代表
Figure FDA0002255603610000013
R3代表
Figure FDA0002255603610000014
其中，a＝1～5，b＝1～5，x＝10～20，y＝10～20，z＝10～20，p＝1～2。
2.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：A组分和B组分的重量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述固化剂由重量比为2～15：5～20：20～50的聚烯烃多元醇、芳香族聚醚多元醇、异氰酸酯经过嵌段共聚反应得到。
4.根据权利要求1或3所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述芳香族聚醚多元醇为双酚A类聚氧化乙烯多元醇或聚氧化丙烯多元醇。
5.根据权利要求4所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述芳香族聚醚多元醇的相对分子质量为400～1000，其羟值为200～500mgKOH/g。
6.根据权利要求5所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述芳香族聚醚多元醇的相对分子质量为400～700，其羟值为200～350mgKOH/g。
7.根据权利要求3所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述聚烯烃多元醇为端羟基聚丁二烯多元醇、氢化端羟基聚丁二烯多元醇、端羟基聚丁二烯-丙烯氰多元醇中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述聚烯烃多元醇的相对分子质量为1000～3000，其羟值为0.50～0.90mmol/g。
9.根据权利要求3所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的异氰酸酯为(i)液化二苯基甲烷二异氰酸酯，或(ii)液化二苯基甲烷二异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯的混合物。
10.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述阻燃增塑剂为不含卤素的磷酸酯类阻燃增塑剂，选自甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三异丙基苯酯中的一种或几种；所述阻燃无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的一种或几种。
11.根据权利要求10所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A组分中的阻燃无机填料与所述B组分中的阻燃无机填料相同或不同。
12.根据权利要求10所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述阻燃增塑剂为磷酸三异丙基苯酯，所述阻燃无机填料为氢氧化铝或氢氧化镁。
13.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述改性蓖麻油多元醇的相对分子质量为300-1000，羟值为100-500mgKOH/g；所述增粘树脂为氢化松香酚、C5系石油树脂、C9系石油树脂、二环戍二烯系石油树脂、苯乙烯系树脂、烷基酚醛树脂、萜烯酚醛树脂中的一种或几种；所述偶联剂为端环氧基硅烷偶联剂；所述催化剂为脂肪族胺类催化剂、有机金属催化剂中的一种。
14.一种制备权利要求1～13任一项所述的双组份聚氨酯胶粘剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按权利要求1～14任一项所述的双组分聚氨酯胶粘剂准备原料；
(2)将蓖麻油、改性蓖麻油多元醇、芳香族聚醚多元醇、增粘树脂加入反应器中，加热至100～120℃，真空搅拌脱水1～3小时，然后降温至55～65℃，再加入阻燃无机填料、白炭黑、偶联剂、催化剂，真空搅拌1～3小时，制得A组分；
(3)将异氰酸酯加入反应器中，持续通入氮气，搅拌升温至70-80℃，滴加聚烯烃多元醇，加料完成后在80±2℃下通氮气反应1～3小时；加入阻燃增塑剂，再滴加芳香族聚醚多元醇，在80±2℃下通氮气通氮气反应1～3小时，降温至60℃±2℃，加入阻燃无机填料和白炭黑，真空搅拌1～3小时，制得B组分。
15.权利要求1～13任一项所述的双组份聚氨酯胶粘剂用于动力电池电芯与电芯之间或电芯与底壳之间的结构粘接。
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