CN110790890A - 一种用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体及其使用方法，属于胶粘剂技术领域。所述聚氨酯弹性体由无溶剂型双组分胶粘剂常温固化得到，用于制备可承受载荷的双层或多层金属夹层板，包括A组分和B组分，所述A组分包括如下重量份数的成分：蓖麻油30‑50份、聚合物多元醇50‑70份、小分子多元醇5‑10份、偶联剂1‑1.5份、助剂0.5‑1份；所述B组分为多异氰酸酯；所述A组分与所述B组分按NCO/OH(摩尔比)＝1.0‑1.2比例混合。该发明产品对环境环保无污染，添加蓖麻油对多元醇改性，降低成本同时有效提高了聚氨酯弹性体的力学性能，初黏度较低，可实现对大尺寸金属复合夹层板的快速浇注，制备工艺简单，方便现场施工操作。

Description

一种用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体及其使用方法，属于胶粘剂技术领域。
背景技术
聚氨酯-金属夹层结构是指在两层金属板之间注入聚氨酯弹性体，由聚氨酯弹性体芯材与被粘结金属形成的复合材料结构。与传统单层材料相比，夹层板结构有优越的强度、减振、降噪等性能，同时聚氨酯芯材主要传递剪应力，可以减少结构设计中加强筋的使用，在受到碰撞时，能减缓冲击和震动，避免在面板上产生应力集中，具有机械强度高、重量轻、抗锈蚀能力等优点，被广泛用于船舶制造及土木工程等领域。
聚氨酯弹性体的研发最早于20世纪30年代末的德国，目前已发展的聚氨酯弹性体种类繁多，其中通过双组分聚氨酯胶粘剂制备弹性体是其中最重要的一个品种，特点是起始粘结强度大。双组分聚氨酯胶粘剂由甲、乙双组分(或称A组分和B组分，主剂和固化剂)组成，A组分(主剂)是聚酯、聚醚等多羟基化合物以及胺类固化剂或经异氰酸酯改性的端基为-OH或-NH2基团的聚酯、聚醚，B组分(固化剂)是端基为-NCO基团的异氰酸酯。双组分聚氨酯胶粘剂又可根据有无溶剂分为溶剂型双组分聚氨酯胶粘剂、无溶剂型双组分聚氨酯胶粘剂以及水性双组分聚氨酯胶粘剂，其中无溶剂型及水性聚氨酯对环境污染小，将是双组分聚氨酯胶粘剂的主要发展趋势。使用时，根据性能要求将A组分和B组分按一定比例混合均匀，固化后即得到弹性、韧性、强度良好的聚氨酯弹性体。
聚氨酯弹性体作为金属复合夹层板芯材被广泛研究，专利CN95104528.8公开了一种以聚二稀多元醇和蓖麻油为主要成分的聚氨酯弹性体，蓖麻油的加入能有效的提高抗拉强度之类的机械性能，制备的聚氨酯弹性体有很好的缓冲性能，但硬度较低。专利CN201910669550.5公开了一种以植物油多元醇和聚合MDI为主要成分的无溶剂型双组分聚氨酯胶粘剂，植物油多元醇有较好的疏水性能，适用于外墙保温板和电子灌封胶领域，室温下对铝材的剪切强度可以达到12.5MPa，最高硬度可以达到邵氏71D，但该方法制备的聚氨酯黏度较大，不适合大尺寸(>20m2)复合金属夹层板的快速浇注。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是通过改进聚氨酯芯材配方来提供一种适用于双金属复合夹层板芯材用胶粘剂，价格相对较低且环保无污染，可室温固化，室温活化期可调，具有低黏度且较好的力学性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于金属复合夹层板芯材的无溶剂型双组分聚氨酯弹性体，包括A组分和B组分，所述A组分包括如下重量份数的成分：蓖麻油30-50份、聚酯多元醇50-70份、小分子多元醇5-10份、偶联剂1-1.5份、助剂0.5-1份；所述B组分为多异氰酸酯；所述聚氨酯弹性体中A组分与B组分按NCO/OH(摩尔比)＝1.0-1.2比例混合。
进一步的，所述聚酯多元醇的数均分子量为500-2000，所述聚酯多元醇为聚己内酯二元醇、聚己内酯三元醇、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)中一种、两种或两种以上。
进一步的，所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。
进一步的，所述小分子多元醇为三羟甲基丙烷(TMP)、三羟甲基乙烷(TME)、1,6-己二醇(HDO)中的一种。
进一步的，所述多异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。
进一步的，所述助剂包括抗氧剂、耐水解稳定剂、催化剂，所述抗氧剂包括四亚甲基β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，所述耐水解稳定剂包括聚碳化二亚胺，所述催化剂为异辛酸铋或异辛酸锌。
本发明还提供了一种聚氨酯弹性体的使用方法，包括如下步骤：将权利要求1所述A组分中各成分真空下搅拌均匀后和B组分按照NCO/OH的摩尔比为1.0-1.2比例室温混合，向双层或多层金属夹层板中浇注，常温固化即可。
发明有益效果
(1)蓖麻油可以改善聚氨酯弹性体的力学性能，用蓖麻油对聚合物多元醇进行改性，使制备的聚氨酯芯材强度高，性能好，室温下抗拉剪切强度可达15.6MPa，硬度可达邵氏76.4D，且蓖麻油价格较低，可降低制备聚氨酯芯材的成本。
(2)属反应型胶粘剂，室温可调固化速度，工艺简单，对设备要求较低，浇注施工操作方便；
(3)聚合物多元醇分子量低，其黏度较低，25℃时为1500/(mPa.s)，可实现快速浇注，同时对钢材表面有较好的粘结性能；
(4)本发明提供了一种无溶剂型双组分聚氨酯弹性体，不存在挥发问题，且原料对生物及环境无毒无害，是环保型胶粘剂。
具体实施方式
下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
(1)A组分的制备
以重量份计，将30份蓖麻油，70份聚己内酯三元醇，5份TMP，1份KH-550，真空120℃条件下搅拌1h-2h，降温至50℃-70℃，加入0.03份异辛酸铋，0.3份四亚甲基β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，0.5份聚碳化二亚胺，真空搅拌条件下混合均匀，即得所述A组分。
(2)A组分与B组分(多亚甲基多苯基异氰酸酯)按NCO/OH＝1.1配置，室温混合均匀得到无溶剂型双组分聚氨酯弹性体。
实施例2
(1)A组分的制备
以重量份计，将50份蓖麻油，50份聚己内酯三元醇，5份TMP，1份KH-550，真空120℃条件下搅拌1h-2h，降温至50℃-70℃，加入0.03-0.05份异辛酸铋，0.3份四亚甲基β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，0.5份聚碳化二亚胺，真空搅拌条件下混合均匀，即得所述A组分。
(2)A组分与B组分(多亚甲基多苯基异氰酸酯)按NCO/OH＝1.1配置，室温混合均匀得到无溶剂型双组分聚氨酯弹性体。
实施例3
(1)A组分的制备
以重量份计，将50份蓖麻油，10份聚己内酯二元醇，40份聚己内酯三元醇，5份TMP(三羟甲基丙烷)，1份KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，真空120℃条件下搅拌1h-2h，降温至50℃-70℃，加入0.03份异辛酸铋，0.3份四亚甲基β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，0.5份聚碳化二亚胺，真空搅拌条件下混合均匀，即得所述A组分。
(2)A组分与B组分(多亚甲基多苯基异氰酸酯)按NCO/OH＝1.1配置，室温混合均匀得到无溶剂型双组分聚氨酯弹性体。
实施例4
(1)A组分的制备
以重量份计，将50份蓖麻油，40份聚己内酯三元醇，10份聚四氢呋喃二元醇，5份TMP，1份KH-550，真空120℃条件下搅拌1h-2h，降温至50℃-70℃，加入0.03份异辛酸铋，0.3份四亚甲基β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，0.5份聚碳化二亚胺，真空搅拌条件下混合均匀，即得所述A组分。
(2)A组分与B组分(多亚甲基多苯基异氰酸酯)按NCO/OH＝1.1配置，室温混合均匀得到无溶剂型双组分聚氨酯弹性体。
实施例5
将制备的聚氨酯弹性体室温静置24h后，在如表1所示的适用期内进行抗拉剪切强度、硬度、压缩强度、拉伸强度、密度、黏度性能检测，具体步骤如下：
(1)抗拉剪切强度：参考GB7124-86标准，用长春机械科学院有限公司的DDL电子万能试验机进行抗拉剪切强度测量，试板选用316L不锈钢，粘结表面用800#砂纸打磨，清洗干净后干燥，拉伸速率为5mm/min，同一成分试样测量5次，并计算平均值。
(2)压缩强度：参考GB/T 8813-2008标准，用长春机械科学院有限公司的DDL电子万能试验机进行压缩强度测量，试样件为直径50mm，高50mm的圆柱体，拉伸速率为5mm/min(±20％)，同一成分试样测量5次，并计算平均值。
(3)拉伸强度：参考GB/T 1040.2-2006标准，用长春机械科学院有限公司的DDL电子万能试验机进行拉伸强度测量，拉伸试样选用国标中1A型，拉伸速率为5mm/min(±20％)，同一成分试样测量5次，并计算平均值。
(4)硬度：参照GB/T 2411-2008标准，用邵尔D硬度计进行硬度测试。测试时，压针顶端离试样任一边缘至少9mm，压座与试样应紧密接触(15-1)s后读取指示装置的示值，在同一试样上至少相隔6mm测量5个硬度值，并计算平均值。
(5)密度：用质量体积法进行密度测量，用电子天平(0.1mg)称取压缩件的质量，用游标卡尺测量压缩件的尺寸，同一成分试样测量3次，并计算平均值。
(6)黏度：用美国TA公司的DHR-2型流变仪测量A组分的黏度。
实施例1-4中制备的无溶剂型双组分聚氨酯弹性体试验结果如表1所示，均具有抗拉剪切强度大、硬度大、压缩强度和拉伸强度大、密度大、黏度低的优点，可实现快速浇注，同时对钢材表面有较好的粘结性能。
表1
Figure BDA0002285754600000061

Claims (9)

1.一种用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，包括A组分和B组分，所述A组分包括如下重量份数的成分：蓖麻油30-50份、聚合物多元醇50-70份、小分子多元醇5-10份、偶联剂1-1.5份、助剂0.5-1份；所述B组分为多异氰酸酯；所述聚氨酯弹性体中A组分与B组分按NCO/OH的摩尔比为1.0-1.2比例混合。
2.根据权利要求1所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚合物多元醇为聚己内酯二元醇、聚己内酯三元醇、聚四氢呋喃二醇中的一种、两种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚合物多元醇的数均分子量为500-2000。
4.根据权利要求1所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述小分子多元醇为三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、1,6-己二醇中的一种。
6.根据权利要求1所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述多异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
7.根据权利要求1所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述助剂由抗氧剂、耐水解稳定剂和催化剂组成。
8.根据权利要求7所述的用于金属复合夹层板芯材的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述抗氧剂包括四亚甲基β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯，所述耐水解稳定剂包括聚碳化二亚胺，所述催化剂为异辛酸铋或异辛酸锌。
9.权利要求1-8中任一项所述的聚氨酯弹性体的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将权利要求1所述A组分中各成分真空下搅拌均匀后和B组分按照NCO/OH摩尔比为1.0-1.2比例室温混合均匀，向双层或多层金属夹层板中浇注，常温固化即可。
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