CN112877020A - 一种新型水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型水性聚氨酯胶粘剂，包括聚氨酯乳液、水性丙烯酸‑丙酸乙烯共聚物乳液以及配合助剂制备而成，所述水性丙烯酸‑丙酸乙烯共聚物乳液为聚氨酯乳液重量的1％～10％；所述聚氨酯乳液由苯酐聚酯多元醇、脂肪族聚酯多元醇、二环己基甲烷二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂、异佛尔酮二异氰酸酯及配合助剂制备而成，所述助剂主要包括流平剂和增稠剂。该新型聚氨酯胶粘剂对环境无污染，不易燃不易爆，对施工人员健康无害，无需口罩、防毒面具等防护措施，也无需排风机等溶剂处理装置。且该新型聚氨酯胶粘剂粘接性能好，初期粘接强度和最终粘接强度均强，耐水洗性能好，80℃条件下水洗不起泡，不脱层。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型聚氨酯胶粘剂，特别涉及一种新型聚氨酯胶粘剂及其制备方法，属于胶粘剂领域。
背景技术
聚氨酯胶粘剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或异氰酸酯基(-NCO)的胶粘剂，故聚氨酯胶粘剂表现出高度的活性与极性，与含有活泼氢的基材，如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料，以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力。
现有技术中，钢板覆膜用胶主要是油溶性胶粘剂和反应型热熔胶，用于粘接PVC膜与钢板、PVC膜与冷轧板、PVC膜与铁板等基材。油溶性胶粘剂，具有操作方法简单，粘接强度高等优点，但存在气味大，毒性大，污染环境，安全隐患大等不足。反应型热熔胶具有粘接强度高，效率快等优点，但设备昂贵，操作复杂，工艺不易控制，成本高。
因此，市场急需一种环保安全无污染，方便施工，粘接性能好，初期粘接强度和最终粘接强度均强，耐热及耐水性能好的胶粘剂以弥补现有钢板覆膜用胶的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型聚氨酯胶粘剂及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例中提供一种新型水性聚氨酯胶粘剂，其包括：聚氨酯乳液、水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液以及配合助剂制备而成；
所述水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液为聚氨酯乳液重量的1％～10％；
所述聚氨酯乳液由苯酐聚酯多元醇、脂肪族聚酯多元醇、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、双酚A型环氧树脂、异佛尔酮二异氰酸酯及配合助剂制备而成，所述助剂主要包括流平剂和增稠剂；
所述苯酐聚酯多元醇与脂肪族聚酯多元醇的重量比为1∶1～20∶1；
所述二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)与双酚A型环氧树脂的物质的量之比为1∶1～10∶1；所述异佛尔酮二异氰酸酯与双酚A型环氧树脂的物质的量之比为1∶1～10∶1。
进一步的，所述苯酐聚酯多元醇和/或脂肪族聚酯多元醇的官能度为4或5。
进一步的，所述苯酐聚酯多元醇和/或脂肪族聚酯多元醇的分子量2000-5000。
较为优选的，所述脂肪族包括聚酯多元醇为丁二酸或己二酸与乙二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇或己二醇形成的脂肪族聚酯多元醇中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述助剂包括催化剂、稀释剂、扩链剂、交联剂和乳化剂中任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述聚氨酯乳液的粘度为200-500mPa.s/25℃。
进一步的，所述水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液的粘4000-8000mPa.s/25℃。
本发明实施例中还提供一种新型水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，其包括以下步骤
步骤一：将苯酐聚酯多元醇和脂肪族聚酯多元醇置于反应釜中，在微碱性条件下，控制温度为100～120℃反应3-4h，脱水反应后冷却至50～60℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入二环己基甲烷二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂，控制温度为70～80℃下反应3-4h，脱水反应后冷却至50～60℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入异佛尔酮二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂，控制温度为50～60℃下反应3-4h，脱水反应后冷却至20～30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入稀释剂、扩链剂和催化剂，控制温度为60～70℃下反应1-3h，脱水反应后冷却至40～50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入稀释剂和内乳化剂控制温度为30～40℃下反应10-20mins，冷却至40～50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及消泡剂，控制温度为50～60℃条件下搅拌均匀，加入增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
进一步的，采用0.01～0.05mol/L的NaOH溶液调节pH为7.5～8.5的微碱性条件。
与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明提供的新型聚氨酯胶粘剂对环境无污染，不易燃不易爆，对施工人员健康无害，无需口罩、防毒面具等防护措施，也无需排风机等溶剂处理装置。且该新型聚氨酯胶粘剂粘接性能好，初期粘接强度和最终粘接强度均强，耐水洗性能好，80℃条件下水洗不起泡，不脱层。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例中提供一种新型水性聚氨酯胶粘剂，其包括：聚氨酯乳液、水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液以及配合助剂制备而成；
所述水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液为聚氨酯乳液重量的1％～10％；
所述聚氨酯乳液由苯酐聚酯多元醇、脂肪族聚酯多元醇、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、双酚A型环氧树脂、异佛尔酮二异氰酸酯及配合助剂制备而成，所述助剂主要包括流平剂和增稠剂；
所述苯酐聚酯多元醇与脂肪族聚酯多元醇的重量比为1∶1～20∶1；
所述二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)与双酚A型环氧树脂的物质的量之比为1∶1～10∶1；所述异佛尔酮二异氰酸酯与双酚A型环氧树脂的物质的量之比为1∶1～10∶1。
进一步的，所述苯酐聚酯多元醇和/或脂肪族聚酯多元醇的官能度为4或5。
进一步的，所述苯酐聚酯多元醇和/或脂肪族聚酯多元醇的分子量2000-5000。
较为优选的，所述脂肪族包括聚酯多元醇为丁二酸、己二酸与乙二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇、己二醇形成的脂肪族聚酯多元醇中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述助剂包括催化剂、稀释剂、扩链剂、交联剂和乳化剂中任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述聚氨酯乳液的粘度为200-500mPa.s/25℃。
进一步的，所述水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液的粘4000-8000mPa.s/25℃。
本发明实施例中还提供一种新型水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，其包括以下步骤
步骤一：将苯酐聚酯多元醇和脂肪族聚酯多元醇置于反应釜中，在微碱性条件下，控制温度为100～120℃反应3-4h，脱水反应后冷却至50～60℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入二环己基甲烷二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂，控制温度为70～80℃下反应3-4h，脱水反应后冷却至50～60℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入异佛尔酮二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂，控制温度为50～60℃下反应3-4h，脱水反应后冷却至20～30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入稀释剂、扩链剂和催化剂，控制温度为60～70℃下反应1-3h，脱水反应后冷却至40～50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入稀释剂和内乳化剂控制温度为30～40℃下反应10-20mins，冷却至40～50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及消泡剂，控制温度为50～60℃条件下搅拌均匀，加入增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
进一步的，采用0.01～0.05mol/L的NaOH溶液调节pH为7.5～8.5的微碱性条件。
以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1
步骤一：将200g苯酐聚酯多元醇和100gNPGA4000置于反应釜中，在pH值为8.0条件下，控制温度为110℃反应3h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入50g二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、50g双酚A型环氧树脂，控制温度为80℃下反应3h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入60g异佛尔酮二异氰酸酯、60双酚A型环氧树脂，控制温度为50℃下反应4h，脱水反应后冷却至30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入10g扩链剂1，4-丁二醇(BDO)和0.5g催化剂辛酸亚锡，控制温度为70℃下反应2h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入200g稀释剂丙酮和50g内乳化剂乙二胺基乙磺酸钠控制温度为30℃下反应20mins，冷却至50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入100g水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及10g消泡剂，控制温度为60℃条件下搅拌均匀，加入5g增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
实施例2
步骤一：将300g苯酐聚酯多元醇和100gNPGA4000置于反应釜中，在pH值为8.5条件下，控制温度为120℃反应2h，脱水反应后冷却至60℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入50g二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、20g双酚A型环氧树脂，控制温度为80℃下反应3h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入60g异佛尔酮二异氰酸酯、20双酚A型环氧树脂，控制温度为50℃下反应4h，脱水反应后冷却至30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入10g扩链剂1，4-丁二醇(BDO)和0.5g催化剂辛酸亚锡，控制温度为70℃下反应2h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入200g稀释剂丙酮和50g内乳化剂乙二胺基乙磺酸钠控制温度为30℃下反应20mins，冷却至50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入100g水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及10g消泡剂，控制温度为60℃条件下搅拌均匀，加入5g增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
实施例3
步骤一：将400g苯酐聚酯多元醇和100gNPGA4000置于反应釜中，在pH值为7.5条件下，控制温度为110℃反应2h，脱水反应后冷却至60℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入50g二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、30g双酚A型环氧树脂，控制温度为80℃下反应4h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入60g异佛尔酮二异氰酸酯、30双酚A型环氧树脂，控制温度为50℃下反应4h，脱水反应后冷却至30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入10g扩链剂1，4-丁二醇(BD0)和0.5g催化剂辛酸亚锡，控制温度为70℃下反应2h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入200g稀释剂丙酮和50g内乳化剂乙二胺基乙磺酸钠控制温度为30℃下反应20mins，冷却至50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入100g水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及10g消泡剂，控制温度为60℃条件下搅拌均匀，加入5g增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
实施例4
步骤一：将400g苯酐聚酯多元醇和100gNPGA4000置于反应釜中，在pH值为8.5条件下，控制温度为110℃反应2h，脱水反应后冷却至60℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入50g二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、40g双酚A型环氧树脂，控制温度为80℃下反应3h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入60g异佛尔酮二异氰酸酯、40双酚A型环氧树脂，控制温度为50℃下反应4h，脱水反应后冷却至30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入10g扩链剂1，4-丁二醇(BD0)和0.5g催化剂辛酸亚锡，控制温度为70℃下反应2h，脱水反应后冷却至50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入200g稀释剂丙酮和50g内乳化剂乙二胺基乙磺酸钠控制温度为30℃下反应20mins，冷却至50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入100g水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及10g消泡剂，控制温度为60℃条件下搅拌均匀，加入5g增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
粘接性能的测试方法：(1)裁制聚氨酯发泡海绵2.5cm×30cm大小5块，布料2.5cm×30cm大小5块备用；(2)采用刷涂的方式在PVC膜上面上胶，再通过转移上胶的方式上到海面上，胶量控制在30-35g/m2；(3)将海绵和布料对粘，放在90℃的压机上热压10s、压强0.3MPa；(4)将上述热压好的样件室温放置24h，按照标准GB/T2790-1995进行初粘测试，拉伸长度10cm，速度100mm/min。耐水洗性能的测试方法：将上述粘接好的样件室温养护24h，然后放在130℃的压机上热压50s、压强0.3MPa，取出后室温养护48h，再放入洗衣机中水洗，40℃水洗45min为一个循环，水洗20个循环后，观察样件是否有起皱、鼓泡、开边、脱层等现象。本发明粘接材料为聚氨酯发泡海绵/双拉磨毛布。
表1水性本发明提供的与现有市场上使用较好的产品性能对比数据
| 剥离强度(N/2.5cm) | 耐水洗性能(80℃水洗) | |
| 实施例1 | 海绵材料破坏 | 10个循环后起泡 |
| 实施例2 | 海绵材料破坏 | 15个循环后起皱 |
| 实施例3 | 海绵材料破坏 | 20个循环后起皱 |
| 实施例4 | 海绵材料破坏 | 25个循环后无变化 |
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种新型水性聚氨酯胶粘剂，其特征在于包括：聚氨酯乳液、水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液以及配合助剂制备而成，所述水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液为聚氨酯乳液重量的1％～10％；所述聚氨酯乳液由苯酐聚酯多元醇、脂肪族聚酯多元醇、二环己基甲烷二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂、异佛尔酮二异氰酸酯及配合助剂制备而成，所述助剂主要包括流平剂和增稠剂；所述苯酐聚酯多元醇与脂肪族聚酯多元醇的重量比1∶1～20∶1；所述二环己基甲烷二异氰酸酯与双酚A型环氧树脂的物质的量之比为1∶1～10∶1；所述异佛尔酮二异氰酸酯与双酚A型环氧树脂的物质的量之比为1∶1～10∶1。
2.根据权利要求1所述的新型水性聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述苯酐聚酯多元醇和/或脂肪族聚酯多元醇的官能度为4或5、分子量为2000-5000。
3.根据权利要求1所述的新型水性聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述脂肪族包括聚酯多元醇为丁二酸或己二酸与乙二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇或己二醇形成的脂肪族聚酯多元醇中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的新型水性聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述助剂包括催化剂、稀释剂、扩链剂、交联剂和乳化剂中任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的新型水性聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述聚氨酯乳液的粘度为200-500mPa.s/25℃，所述水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液的粘度为4000-8000mPa.s/25℃。
6.一种制备权利要求1-5中任一项所述的新型水性聚氨酯胶粘剂的方法，其特征在于包括以下步骤
步骤一：将苯酐聚酯多元醇和脂肪族聚酯多元醇置于反应釜中，在微碱性条件下，控制温度为100～120℃反应3-4h，脱水反应后冷却至50～60℃，制得混合液一；
步骤二：向步骤一制得的混合液一中加入二环己基甲烷二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂，控制温度为70～80℃下反应3-4h，脱水反应后冷却至50～60℃，制得混合液二；
步骤三：向步骤二制得的混合液二中加入异佛尔酮二异氰酸酯、双酚A型环氧树脂，控制温度为50～60℃下反应3-4h，脱水反应后冷却至20～30℃，制得混合液三；
步骤四：向步骤三制得的混合液三中加入稀释剂、扩链剂和催化剂，控制温度为60～70℃下反应1-3h，脱水反应后冷却至40～50℃，制得混合液四；
步骤五：向步骤四制得的混合液四中加入稀释剂和内乳化剂控制温度为30～40℃下反应10-20mins，冷却至40～50℃，加水分散后脱溶剂制得混合液四即聚氨酯乳液；
步骤六：将聚氨酯乳液投入分散缸中，加入水性丙烯酸-丙酸乙烯共聚物乳液及消泡剂，控制温度为50～60℃条件下搅拌均匀，加入增稠剂调节粘度至2000-6000mPa.s/25℃即制得所述的新型水性聚氨酯胶粘剂。
7.根据权利要求6所述的新型水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于：采用0.01～0.05mol/L的NaOH溶液调节pH为7.5～8.5的微碱性条件。
8.根据权利要求6所述的新型水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述所述苯酐聚酯多元醇和/或脂肪族聚酯多元醇的官能度为4或5、分子量为2000-5000。
9.根据权利要求6所述的新型水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪族包括聚酯多元醇为丁二酸或己二酸与乙二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇或己二醇形成的脂肪族聚酯多元醇中的任意一种或两种以上的组合。
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