CN110922928A - 一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括一个异氰酸酯封端的单一组份，使用时，该单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂进行薄膜与纸张、无纺布等多孔材料的复合，该单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂为由异氰酸酯、多元醇、偶联剂、固化速度调节剂和助剂制备而成的端异氰酸酯预聚体。本发明还公开了该单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的制备方法和应用。本发明的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂可用于纸/无纺布、塑/纸、铝/纸、镀铝/纸等结构的复合。复膜涂布的温度为60℃～95℃，根据不同材料的的使用要求进行调整。本发明的优点在于，单位面积上胶量少，胶料耗用成本低；安全性好，没有火灾、爆炸的危险，不需要溶剂的防爆措施；有利于环境保护。

Description

一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种适合于复合软包装(食品、药品及化妆品)用的胶粘剂，特别涉及一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着商品经济的日益发展，包装行业以超越同期经济增长速度的脚步飞速前进，而复合软包装表现得尤为抢眼，凭借其轻质、方便、易运输储存、性价比高等一系列优点，复合软包装材料的应用范围不断扩大，它不仅应用在食品、药品的包装方面，还用在日用品、化妆品、洗涤用品、卫生用品、电子品的包装方面。性能优异的复合软包装离不开聚氨酯胶粘剂，而纸/塑和无纺布/塑等多孔结构应用领域的扩大就要求单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的应用更加合适。

中国专利申请公布号CN106883807A公开的“单组分无溶剂聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用”，该单组分无溶剂聚氨酯胶粘剂包括异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体和任选的添加剂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体是由含有活泼氢的醇类化合物和异氰酸酯通过扩链反应制得。其原料易得，组成简单，生产工艺安全可控，具有良好的透明性、初粘性和粘接强度。但是其只给出了用于纸/塑和纸/铝复合中。另外该专利制备的单组分无溶剂聚氨酯胶粘剂由于还存在活性基团，其存储过程中还会发生反应，所以存储一段时间后，其性质会发生一些变化。

发明内容

本发明解决的技术问题之一在于提出一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，以解决纸/塑和无纺布/塑等多孔结构应用领域容易吸收胶粘剂的问题。

本发明解决的技术问题之二在于提出一种制备上述单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的方法。

本发明解决的技术问题之三在于提出一种上述单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的应用。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其只包括异氰酸酯封端的一个组份，这异氰酸酯封端的一个组份为由以下质量百分比的原料制备而成的端异氰酸酯预聚体：

优选的，上述的多元醇为两官能度及以上的聚酯多元醇、两官能度及以上的聚醚多元醇、植物油改性多元醇、小分子醇、双酚A改性多元醇中的一种或任意两种以上的混合；但至少包括植物油改性多元醇或/和双酚A改性多元醇。

优选的，所述的两官能度及以上的聚酯多元醇为二元酸与多元醇进行酯化缩聚反应制得，其中所述的二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、己二酸、葵二酸中的一种或任意两种以上的混合；所述的多元醇为乙二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、1,4-丁二醇，1,6-己二醇中的一种或任意两种以上的混合。

优选的，所述的两官能度及以上的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或任意两种以上的混合。

优选的，所述的植物油改性多元醇为环氧大豆油、棕榈油、蓖麻油中的一种或任意两种以上的混合。

优选的，所述的小分子醇为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷中的一种或任意两种以上的混合。

优选的，所述的双酚A改性二元醇为双酚A附加环氧乙烷化合物、双酚A附加环氧丙烷化合物、双酚A附加环氧乙烷-环氧丙烷化合物中的一种或任意两种以上的混合。

优选的，上述异氰酸酯为芳香族异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯、脂环族异氰酸酯中的一种或任意两种以上的混合。

优选的，上述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异弗尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或任意两种以上的混合。

上述的助剂为流平剂、除水剂、消泡剂、分散剂、表面活性剂、基材浸润剂、表面张力调节剂等的一种或任意两种以上的混合。

所述的固化调节剂为含有2～8个碳原子的有机酸及/或有机盐及/或吗啉类催化剂。

所述含有2～8个碳原子的有机酸选自顺丁烯二酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或一种以上的混合。

所述有机盐包括选自锡及/或锌及/或锆及/或钴金属的羧酸盐。

所述吗啉类催化剂包括N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、二吗啉三乙基醚、N-(二甲氨基乙基)吗啉、其他N-取代吗啉一种或一种以上的混合物。

上述的偶联剂优选为硅氧烷偶联剂，选自乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、酰氧基硅烷、含氢硅烷、烷基硅烷、苯基硅烷、含硫硅烷、异氰酸酯基硅烷、巯基硅氧烷或脲基硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合。偶联剂所占的质量比优选的为0.5％～5％。

上述单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括：

步骤一：将所述多元醇组分加热到110℃～120℃在压力＜1.3KPa下脱水0.5h～3h，要求含水量＜0.1％；然后降温到100℃以下加入偶联剂，边搅拌边降温至60℃以下得到多元醇和偶联剂的混合物；

步骤二：将异氰酸酯和步骤一制备的多元醇和偶联剂的混合物混合均匀，在75℃～100℃下反应完全生成聚氨酯预聚体，降温加入所述的助剂和/或固化速度调节剂，从而得到所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂。

上述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的制备方法的特征在于，将多元醇脱水后，首先将偶联剂混合均匀后，再于异氰酸酯混合均匀后反应。该制备方法的优点在于可以将偶联剂上的反应基团通过化学反应接枝到单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的化学链段上面。以提高胶粘剂粘接性能和储存稳定性。

上述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂应用于包括CPP、PE、BOPP、PA、PET、铝箔、镀铝膜与纸张、无纺布等多孔材料或转印膜进行复合(塑料薄膜需经过电晕处理)，能够高速复合。

上述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂根据实际需要在60℃～95℃下涂布复合，涂胶量为1.5～5.0g/m²。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细描述，本发明的范围不受限于该具体实施方式。

以下实施例的份均为重量份。

实施例1

将40份分子量为1000的聚氧化丙烯二醇，15份分子量为400的聚氧化丙烯二醇加热至110～120℃真空脱水1.5h～2.5h，降温至60℃加入41份二苯基甲烷二异氰酸酯，升温至80℃反应2h，加入2份氨基硅烷偶联剂，加入2份固化速度调节剂DMDE,0.5份的表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌0.5～1h后出料得到端异氰酸酯聚氨酯预聚体P1。

实施例2

将40份分子量为1000的聚氧化丙烯二醇，15份分子量为400的聚氧化丙烯二醇加热至110～120℃真空脱水1.5h～2.5h，降温至100℃以下，加入2份氨基硅烷偶联剂，边搅拌边降温至60℃加入41份二苯基甲烷二异氰酸酯，升温至80℃反应2h，加入2份固化速度调节剂DMDEEE,0.5份的表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌0.5～1h后出料得到端异氰酸酯聚氨酯预聚体P2。

实施例3

将40份分子量为1000的聚酯多元醇(酸为：间苯二甲酸：己二酸＝2:1，醇为二乙二醇)，15份分子量为400的聚氧化丙烯二醇加热至110～120℃真空脱水1.5h～2.5h，降温至100℃以下，加入1.5份异氰酸酯基硅烷偶联剂，边搅拌边降温至60℃。将41份二苯基甲烷二异氰酸酯边搅拌边加入到上述的多元醇中，搅拌并升温至80℃反应2h，加入2份固化速度调节剂二吗啉三乙基醚出料得到端异氰酸酯聚氨酯预聚体P3。

实施例4

将端异氰酸酯聚氨酯预聚体P1与端异氰酸酯聚氨酯预聚体P2在相同环境条件下，加温到80℃进行BOPP/纸张复合，上胶量为2.5g/m²,在38℃条件下熟化48小时，测试强度。端异氰酸酯聚氨酯预聚体P1复合的BOPP/纸张，纸纤维转移到BOPP上，转移量30％～40％；端异氰酸酯聚氨酯预聚体P2复合的BOPP/纸张，纸纤维转移到BOPP上，转移量70％～90％(纸张完全破坏)；

实施例5

将端异氰酸酯聚氨酯预聚体P3进行BOPP复合无纺布，涂布温度为80℃，上胶量3.5g/m²，复合好的薄膜在38℃烘箱中熟化48h后，测定其外观和剥离强度。BOPP复合无纺布外面具有哑光效果。BOPP复合无纺布的剥离时BOPP破坏无法剥离。

对比例1

将端异氰酸酯聚氨酯预聚体P1与端异氰酸酯聚氨酯预聚体P2同时放入80℃烘箱老化72小时进行粘度测试。端异氰酸酯聚氨酯预聚体P1的粘度由原来的80℃条件下1800mPa·s上升到大于20000mPa·s；端异氰酸酯聚氨酯预聚体P2的粘度由原来的80℃条件下1800mPa·s上升到大于3000mPa·s。

由对比例1可见：P1的稳定性明显较P2的稳定性要差。

Claims (19)

1.一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，只包括异氰酸酯封端的一个组份，这异氰酸酯封端的一个组份为由以下质量百分比的原料制备而成的端异氰酸酯预聚体：

2.如权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述的多元醇为两官能度及以上的聚酯多元醇、两官能度及以上的聚醚多元醇、植物油改性多元醇、小分子醇、双酚A改性多元醇中的一种或任意两种以上的混合；但至少包括植物油改性多元醇或/和双酚A改性多元醇。

3.如权利要求2所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂其特征在于，所述的两官能度及以上的聚酯多元醇为二元酸与多元醇进行酯化缩聚反应制得，其中所述的二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、己二酸、葵二酸中的一种或任意两种以上的混合；所述的多元醇为乙二醇、二乙二醇、三羟甲基丙烷、新戊二醇、1,4-丁二醇，1,6-己二醇中的一种或任意两种以上的混合。

4.如权利要求2所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述的两官能度及以上的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或任意两种以上的混合。

5.如权利要求2所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述的植物油改性多元醇为环氧大豆油、棕榈油、蓖麻油中的一种或任意两种以上的混合。

6.如权利要求2所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述的小分子醇为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷中的一种或任意两种以上的混合。

7.如权利要求2所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述的双酚A改性二元醇为双酚A附加环氧乙烷化合物、双酚A附加环氧丙烷化合物、双酚A附加环氧乙烷-环氧丙烷化合物中的一种或任意两种以上的混合。

8.如权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂其特征在于，所述的偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、酰氧基硅烷、含氢硅烷、烷基硅烷、苯基硅烷、含硫硅烷、异氰酸酯基硅烷、巯基硅氧烷或脲基硅氧烷中的一种或任意两种以上的混合。偶联剂所占的质量比为0.5％～5％。

9.如权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂其特征在于，所述的助剂为流平剂、除水剂、消泡剂、分散剂、表面活性剂、基材浸润剂、表面张力调节剂的一种或任意两种以上的混合。

10.如权利要求1所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述固化调节剂为含有1～8个碳原子的有机酸及/或有机酸盐。

11.如权利要求10所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述有机酸为顺丁烯二酸、柠檬酸、酒石酸、磷酸、草酸中的一种或一种以上的混合物。

12.如权利要求10所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述的有机酸盐为锡及/或锌及/或锆及/或钴金属的羧酸盐。

13.如权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述异氰酸酯为芳香族异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯、脂环族异氰酸酯中的一种或任意两种以上的混合。

14.如权利要求13所述的一种单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异弗尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或任意两种以上的混合。

15.权利要求1至14任一项权利要求所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括：

步骤一：将所述多元醇组分加热到110℃～120℃在压力＜1.3KPa下脱水0.5h～3h，要求含水量＜0.1％；然后降温到100℃以下加入偶联剂，边搅拌边降温至60℃以下；

步骤二：将异氰酸酯和步骤一的多元醇和偶联剂混合均匀，在75℃～100℃下反应完全生成聚氨酯预聚体，降温加入所述的助剂和/或固化速度调节剂，从而得到所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂。

16.上述权利要求1至14任一项权利要求所述的单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂应用于包括CPP、PE、BOPP、PA、PET、铝箔、镀铝膜、转印膜与多孔材料进行高速复合。

17.如权利要求16所述的应用，其特征是所述多孔材料为无纺布或纸张。

18.如权利要求16所述的应用，其特征是所述CPP、PE、BOPP、PA、PET、转印膜需经过电晕处理。

19.如权利要求16所述的应用，其特征是将单组份无溶剂聚氨酯胶粘剂根据实际需要在60℃～110℃下涂布复合，涂胶量为1.3～5.0g/m²。