CN113462344A - 一种高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

一种高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂及其制备方法,所述胶粘剂包括以下原料组分:聚丙二醇50‑60质量份、丙烯酸缩水甘油醇7‑8质量份,硫酸水溶液0.05‑0.1质量份,异氰酸酯20‑30质量份、辛酸亚锡0.01‑0.03质量份、固化引发剂0.1‑0.2质量份和丁二醇1‑4质量份。通过本发明的制备方法可得到高黏度的、且黏度可调范围大的热固化型聚氨酯胶粘剂,其使用方便、无有机挥发物、健康环保。

Description

一种高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及热固化材料的技术领域,具体涉及热固化型聚氨酯胶粘剂的技术领域。
背景技术
按溶剂的有无,聚氨酯胶粘剂一般分为溶剂型、水性和无溶剂型。其中,溶剂型聚氨酯交联剂一般需要待溶剂挥发,才能发挥粘接效果,因此有机物挥发量较多,造成一定的环境污染,还会危害人体健康。随着人们健康环保意识的不断增强和国家、行业标准要求的提高,有机溶剂型聚氨酯胶粘剂使用逐渐减少。但作为替代的水性聚氨酯和无溶剂聚氨酯中,水性聚氨酯包含水和乳化剂,黏度较低,而无溶剂聚氨酯交联剂在使用时,需要与交联剂(通常为多官能度聚醚)混合,所以黏度也不高,在对一些体型较大的片材进行粘接时,例如铝片和玻璃纤维板,容易洒落在台面上,造成浪费和清理问题,此外,有的粘接面变得稀薄形成缺陷,粘接厚度不易控制,对后续的数控机床加工造成阻碍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高黏度的、不含有机溶剂的、单组分型热固化聚氨酯胶粘剂及其制备方法。
本发明首先公开了如下的技术方案:
一种高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂,其包括以下质量份的原料组分:聚丙二醇50-60质量份、丙烯酸缩水甘油醇7-8质量份,硫酸水溶液0.05-0.1质量份,异氰酸酯20-30质量份、辛酸亚锡0.01-0.03质量份、固化引发剂0.1-0.2质量份和丁二醇1-4质量份。
根据本发明的一些优选实施方式,所述高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂包括以下质量份的原料组分:聚丙二醇50质量份、丙烯酸缩水甘油醇7.5质量份,硫酸水溶液0.1质量份,异氰酸酯20质量份及辛酸亚锡0.01质量份,固化引发剂0.1质量份和丁二醇3质量份。
根据本发明的一些优选实施方式,所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式,所述固化引发剂选自偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。
根据本发明的一些优选实施方式,所述聚丙二醇分子量为800-1500。
根据本发明的一些优选实施方式,所述硫酸水溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。
本发明进一步提供了上述聚氨酯胶粘剂的制备方法,其包括:
将所述聚丙二醇和所述丙烯酸缩水甘油醇混合,其后滴加所述硫酸水溶液在60℃反应30分钟,得到第一混合物;
向所述第一混合物中加入所述异氰酸酯和所述辛酸亚锡,得到预聚体;
向冷却后的所述预聚体中加入所述固化引发剂,混合后得到第二混合物;
向所述第二混合物中加入所述丁二醇,混合后得到所述聚氨酯胶粘剂。
根据本发明的一些优选实施方式,所述聚丙二醇、所述丁二醇在使用前先经真空脱水。
根据本发明的一些优选实施方式,加入所述异氰酸酯时,控制混合物体系的异氰酸酯指数为2.4。
根据本发明的一些优选实施方式,所述丁二醇的加入过程中控制混合物体系的温度不高于30℃
本发明的制备方法通过丙烯酸缩水甘油醇对多元醇进行改性,引入了悬挂双键,并在体系黏度较低时,就将双键及引发剂合并至体系中,在反应后期再加入可与其他组分协同作用提高胶粘剂的黏度扩链剂,由此得到所述胶粘剂。所得胶粘剂在使用时只需通过60℃加热,即可实现固化。
本发明具备以下有益效果:。
(1)本发明的制备方法在制备过程中,提前加入了温度响应性固化剂丙烯酸缩水甘油醇和固化引发剂,反应后期再加入扩链剂,各组分间可实现良好的协同,得到黏度变化范围大、能适应各种环境需要的胶粘剂。
(2)本发明的胶粘剂具有很高的黏度,且通过制备方法中不同组分的调整,其黏度还能进一步提升,与低粘度胶粘剂相比,高粘度胶粘剂更适用于大型板材间(如铝片板材和玻璃纤维板)的粘合,其粘接厚度易于把控,利于后续机床加工,因此拓宽了胶粘剂的使用范围,弥补了传统低粘度胶粘剂的不足。
(3)本发明的制备方法流程简单,原料价格低廉,具有良好的工业化的前景。
(4)本发明所得胶粘剂为单组分胶粘剂,其固化简单,使用方便,同时无有机挥发物,健康环保。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细描述,但需要理解的是,所述实施例仅用于对本发明进行示例性的描述,而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
根据本发明的技术方案,一种具体的高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂制备方法包括:
(1)取聚丙二醇50-60质量份、高温固化剂7-8质量份于带有机械搅拌器的三颈烧瓶中,滴加0.05-0.1质量份硫酸水溶液,60℃反应30分钟;
(2)向步骤(1)所得反应体系中加入异氰酸酯20-30质量份、辛酸亚锡0.01-0.03质量份,得到预聚体;
(3)待所得预聚体降温至30℃以下,向预聚体中加入固化引发剂0.1-0.2质量份,搅拌均匀;
(4)步骤(3)所得混合物中加入丁二醇,搅拌均匀后出料。
其中:
优选的,各原料配比为:聚丙二醇50质量份、高温固化剂7.5质量份,硫酸水溶液0.1质量份,异氰酸酯20质量份及辛酸亚锡0.01质量份。
优选的,所述聚丙二醇分子量为800-1500。
优选的,所述硫酸水溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。
优选的,所述高温固化剂选自丙烯酸缩水甘油醇。
优选的,所述聚丙二醇、所述丁二醇在使用前先经110℃真空脱水。
优选的,所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或多种。
优选的,加入所述异氰酸酯时,控制体系的异氰酸酯指数为2.4。
优选的,所述固化引发剂选自偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。
优选的,所述丁二醇的用量为1-4质量份。
优选的,所述丁二醇的加入过程中控制混合物温度不高于30℃。
实施例1
通过以下过程制备所述高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂:
(1)取分子量为1000的聚丙二醇50份、高温固化剂丙烯酸缩水甘油醇7份于带有机械搅拌器的三颈烧瓶中,滴加0.1份浓度为1mol/L的硫酸水溶液,60℃反应30分钟;
(2)再加入TDI 20份、辛酸亚锡0.01份,在TDI加入过程中,控制体系的异氰酸酯指数为2.4,得到预聚体,;
(3)待所得预聚体降温至30℃以下,加入偶氮二异丁腈0.1份,搅拌均匀;
(4)最后加入丁二醇3份,分三次每次1份加入烧瓶中,每次间隔20分钟,维持反应温度不超过30℃,提高黏度出料,得到所述聚氨酯胶粘剂。
实施例2
通过以下过程制备所述高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂:
(1)取分子量为1000的聚丙二醇50份、高温固化剂丙烯酸缩水甘油醇7.5份于带有机械搅拌器的三颈烧瓶中,滴加0.1份浓度为1mol/L的硫酸水溶液,60℃反应30分钟;
(2)再加入TDI 20份、辛酸亚锡0.01份,在TDI加入过程中,控制体系的异氰酸酯指数为2.4,得到预聚体,;
(3)待所得预聚体降温至30℃以下,加入偶氮二异丁腈0.1份,搅拌均匀;
(4)最后加入丁二醇3份,分三次每次1份加入烧瓶中,每次间隔20分钟,维持反应温度不超过30℃,提高黏度出料,得到所述聚氨酯胶粘剂。
实施例3
通过以下过程制备所述高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂:
(1)取分子量为1000的聚丙二醇50份、高温固化剂丙烯酸缩水甘油醇7.5份于带有机械搅拌器的三颈烧瓶中,滴加0.1份浓度为1mol/L的硫酸水溶液,60℃反应30分钟;
(2)再加入TDI 20份、辛酸亚锡0.01份,在TDI加入过程中,控制体系的异氰酸酯指数为2.4,得到预聚体,;
(3)待所得预聚体降温至30℃以下,加入偶氮二异丁腈0.1份,搅拌均匀;
(4)最后加入丁二醇3.5份,分三次加入烧瓶中,每次间隔20分钟,维持反应温度不超过30℃,提高黏度出料,得到所述聚氨酯胶粘剂。
实施例4
通过以下过程制备所述高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂:
(1)取分子量为1000的聚丙二醇50份、高温固化剂丙烯酸缩水甘油醇7.5份于带有机械搅拌器的三颈烧瓶中,滴加0.1份浓度为1mol/L的硫酸水溶液,60℃反应30分钟;
(2)再加入TDI 30份、辛酸亚锡0.01份,在TDI加入过程中,控制体系的异氰酸酯指数为2.4,得到预聚体,;
(3)待所得预聚体降温至30℃以下,加入偶氮二异丁腈0.1份,搅拌均匀;
(4)最后加入丁二醇4份,分三次加入烧瓶中,每次间隔20分钟,维持反应温度不超过30℃,提高黏度出料,得到所述聚氨酯胶粘剂。
通过GB/T 2794-1995对上述各实施例所得聚氨酯胶粘剂进行黏度测试。
参照GBT7124-2008对上述各实施例所得聚氨酯胶粘剂进行粘接强度测试,其中,粘接材料为铝制薄板和玻璃纤维板。粘接后的试样在60摄氏度下固化两小时,再室温放置24小时进行测试。
测试结果如下表1所示:
表一不同实施例的测试数据
Figure BDA0003100343110000051
可以看出:
对比实施例1和实施例2,加入固化剂对胶粘剂的黏度无明显影响,但固化剂含量升高后,交联密度增大,粘接强度也随之上升;
对比实施例2和实施例3,随着丁二醇增加,胶粘剂黏度和粘接强度升高,说明多加入的乙二醇依然进行了扩链反应使得分子量继续增大,胶层分子链缠结更加紧密,粘接强度上升。
但对比实施例3和实施例4可知,丁二醇进一步升高会是黏度下降,粘接强度也略微降低。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高黏度热固化型聚氨酯胶粘剂,其特征在于:其包括以下原料组分:聚丙二醇50-60质量份、丙烯酸缩水甘油醇7-8质量份,硫酸水溶液0.05-0.1质量份,异氰酸酯20-30质量份、辛酸亚锡0.01-0.03质量份、固化引发剂0.1-0.2质量份和丁二醇1-4质量份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂,其特征在于:其包括:聚丙二醇50质量份、丙烯酸缩水甘油醇7.5质量份,硫酸水溶液0.1质量份,异氰酸酯20质量份及辛酸亚锡0.01质量份,固化引发剂0.1质量份和丁二醇3质量份。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂,其特征在于:所述异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂,其特征在于:所述固化引发剂选自偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂,其特征在于:所述聚丙二醇分子量为800-1500。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂,其特征在于:所述硫酸水溶液的浓度为0.5-1.5mol/L。
7.权利要求1-6中任一项所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法,其特征在于:包括:
将所述聚丙二醇和所述丙烯酸缩水甘油醇混合,其后滴加所述硫酸水溶液在60℃反应30分钟,得到第一混合物;
向所述第一混合物中加入所述异氰酸酯和所述辛酸亚锡,得到预聚体;
向冷却后的所述预聚体中加入所述固化引发剂,混合后得到第二混合物;
向所述第二混合物中加入所述丁二醇,混合后得到所述聚氨酯胶粘剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述聚丙二醇、所述丁二醇在使用前先经真空脱水。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:加入所述异氰酸酯时,控制混合物体系的异氰酸酯指数为2.4。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于:所述丁二醇的加入过程中控制混合物体系的温度不高于30℃。
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