CN113528076A - 一种用于穿戴设备的无溶剂单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

一种用于穿戴设备的无溶剂单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于穿戴设备的无溶剂单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂及其制备方法，采用两种具有特殊结构的聚酯多元醇，包括以下组分且各组分的重量份数分别为：聚酯多元醇1：15‑20份；聚酯多元醇2：20‑25份；结晶性聚酯多元醇10‑30份；热塑性丙烯酸树脂10‑30份；异氰酸酯类：20‑30份；抗氧化剂0.1‑1.0份。

Description

一种用于穿戴设备的无溶剂单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂及 其制备方法
技术领域
本发明涉及属于胶黏剂技术领域，涉及两种具有特殊结构的聚酯多元醇及其制备方法，并涉及一种穿戴设备胶黏剂及其制备方法。
背景技术
随着国家环保政策的日趋严厉，无溶剂胶黏剂正迎来一个快速发展的时期。在制备过程和使用过程中，均不涉及到溶剂的无溶剂单组分聚氨酯胶黏剂，则在穿戴设备领域的应用愈发广泛。
作为穿戴设备领域的胶黏剂，被广泛应用于塑塑粘贴，塑金粘贴等方面。目前，市场上用于穿戴设备的胶黏剂种类繁多，在初粘性、粘接强度和复合速度方面不尽如人意。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供本发明的目的在于提供一种粘接强度高，复合速度快的，采用了两种特殊结构聚酯多元醇的，用于穿戴设备领域的无溶剂单组分湿气固化聚氨酯胶黏剂。
本发明提供的具体技术方案如下：
一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于，采用两种具有特殊结构的聚酯多元醇，包括以下组分且各组分的重量份数分别为：
聚酯多元醇1：15-20份；
聚酯多元醇2：20-25份；
结晶性聚酯多元醇10-30份；
热塑性丙烯酸树脂10-30份；
异氰酸酯类：20-30份；
抗氧化剂0.1-1.0份。
进一步的，所述的聚酯多元醇1，由A、B、C、D四种单体通过酯化缩合反应制备得到，A为1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸、1,10-葵二酸、1,11-十一烷二酸中的至少一种；B为丁二酸酐、己二酸酐、壬二酸酐、间苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种；C为1,6- 己二醇、1,7-庚二醇，1,8-辛二醇，1,9-壬二醇，1,10-葵二醇中的至少一种；D为1,5-戊二醇。
进一步的，所述的聚酯多元醇2由E、F、G、H、I五种单体通过酯化缩合反应制备得到，E为1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸、1,10-葵二酸、1,11-十一烷二酸中的至少一种；F为丁二酸酐、己二酸酐、壬二酸酐、间苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种；G为聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中至少一种；H为2-甲基-1,3丙二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5戊二醇、为2-丁基-2-乙基丙二醇中的至少一种。I为乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇中的至少一种。
进一步的，所述结晶性聚酯多元醇由己二酸、癸二酸、十二烷酸中的至少一种酸与1,4- 丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇和1,6-己二醇中的至少一种醇聚合而成。
进一步的，所述热塑性丙烯酸树脂为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯及共聚物中的任一种。
进一步的，所述的异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基而异氰酸酯中至少一种。
一种穿戴设备胶黏剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
按照各组分的重量份数将聚酯多元醇1、聚酯多元醇2、结晶性聚酯多元醇、热塑性丙烯酸树脂分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入对应重量份数的异氰酸酯类原料，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入抗氧化剂，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。
进一步的，所述聚酯多元醇1的制备方法为，包括以下步骤：
在氮气保护下，将上述配比的聚酯多元醇1加入反应釜内，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为20-70mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇1。
进一步的，所述聚酯多元醇1的制备方法为，包括以下步骤：
在氮气保护下，将上述配比的聚酯多元醇2加入反应釜内，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为40-80mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇2。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所涉及的聚酯多元醇1，采用了长直链二元酸，这类长直链二元酸由于两个端羧基间隔碳原子数目较多，与醇类反应后获得的聚酯酯基密度低，因此具有较低的黏度；采用长直链二元醇，由于两个端羟基间隔碳原子数目较多，与酸类反应后获得的聚酯酯基密度低，因此具有较低的黏度；优选采用1,5-戊二醇，由于1,5-戊二醇具有非偶数碳原子的碳链结构，可合成更低结晶度的聚酯，从而得到更低黏度的聚酯。使用该聚酯多元醇，可获得成品黏度更低的穿戴设备用无溶剂单组分湿气固化聚氨酯胶黏剂。
(2)本发明所涉及的聚酯多元醇2，引入小分子聚醚多元醇、含侧基二元醇，提高其相容性、耐水解性，来制备低黏度、较高反应活性、良好相容性及耐水解性的聚酯多元醇，拓宽了无溶剂单组分聚氨酯胶黏剂开发时原料的选择性。采用两种具有特殊结构的聚酯多元醇，得到的一种穿戴设备用无溶剂单组分聚氨酯胶黏剂，特别适用于初粘力好、粘接强度高、复合速度快的穿戴设备包装领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
聚酯多元醇1的合成
实施例1
按照原料总重量为100重量份计，将33.01重量份己二酸、20.61重量份邻苯二甲酸酐、 17.72重量份新戊二醇、28.67重量份1,6-己二醇加入反应釜内，醇酸比为1.09，升温同时开始搅拌。在氮气保护下，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为20-70mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇P1。该聚酯多元醇的分子量约2500g/mol，80℃的黏度为1200mPa·s。
实施例2
按照原料总重量为100重量份计，将32.93重量份己二酸、20.56重量份邻苯二甲酸酐、 17.76重量份新戊二醇、28.74重量份1,6-己二醇加入反应釜内，醇酸比为1.14，升温同时开始搅拌。在氮气保护下，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为20-70mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇P2。该聚酯多元醇的分子量约2500g/mol，80℃的黏度为1100mPa·s。
聚酯多元醇2的合成
实施例3
按照原料总重量为100重量份计，将38.06重量份己二酸、9.65重量份邻苯二甲酸酐、 16.27重量份PPG-400、8.45重量份新戊二醇、17.30重量份一缩二乙二醇、10.27重量份2- 甲基-1,3丙二醇加入反应釜内，醇酸比为1.10，升温同时开始搅拌。在氮气保护下，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为40-100mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇P3。该聚酯多元醇的分子量约1700g/mol，50℃的黏度为1300mPa·s。
实施例4
按照原料总重量为100重量份计，将38.06重量份己二酸、9.30重量份邻苯二甲酸酐、 16.27重量份PPG-400、8.45重量份新戊二醇、17.65重量份一缩二乙二醇、10.27重量份2- 甲基-1,3丙二醇加入反应釜内，醇酸比为1.12，升温同时开始搅拌。在氮气保护下，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为40-100mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇P4。该聚酯多元醇的分子量约1700g/mol，50℃的黏度为1200mPa·s。
对比例1
按照原料总重量为100重量份计，将34.79重量份己二酸、20.61重量份邻苯二甲酸酐、 19.48重量份新戊二醇、21.12重量份1,6-己二醇加入反应釜内，醇酸比为1.05，升温同时开始搅拌。在氮气保护下，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为20-70mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇P5。该聚酯多元醇的分子量约4500g/mol，80℃的黏度为3200mPa·s。
对比例2
按照原料总重量为100重量份计，将36.06重量份己二酸、9.30重量份邻苯二甲酸酐、 18.27重量份PPG-400、8.45重量份新戊二醇、17.65重量份一缩二乙二醇、10.27重量份2- 甲基-1,3丙二醇加入反应釜内，醇酸比为1.17，升温同时开始搅拌。在氮气保护下，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为40-100mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇P4。该聚酯多元醇的分子量约1200g/mol，50℃的黏度为800mPa·s。上述实施例1-4和对比例1、2合成的聚酯多元醇性能测试结果见表1。
穿戴设备胶黏剂的合成
实施例5
按照原料总重量为100重量份计，将16.12重量份聚酯多元醇P1、19.88重量份聚酯多元醇P3、新戊二醇12.35、丙烯酸丁酯16.36份别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入28.22重量份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入0.02重量份的氧化剂，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。滴定其NCO值为4.72％，100℃黏度为710mPa·s。
实施例6
按照原料总重量为100重量份计，将16.12重量份聚酯多元醇P1、19.88重量份聚酯多元醇P4、新戊二醇12.35、丙烯酸丁酯16.36份分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入28.35重量份4,4’- 二苯基甲烷二异氰酸酯，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入0.02重量份的氧化剂，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。滴定其NCO值为4.92％， 100℃黏度为650mPa·s。
实施例7
按照原料总重量为100重量份计，将16.25重量份聚酯多元醇P2、19.75重量份聚酯多元醇P3、新戊二醇12.35、丙烯酸丁酯16.36份分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入28.45重量份4,4’- 二苯基甲烷二异氰酸酯，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入0.03重量份的抗氧化剂，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。滴定其NCO值为4.92％， 100℃黏度为648mPa·s。
实施例8
按照原料总重量为100重量份计，将16.42重量份聚酯多元醇P2、19.98重量份聚酯多元醇P4、新戊二醇12.35、丙烯酸丁酯16.36份分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入28.45重量份4,4’- 二苯基甲烷二异氰酸酯，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入0.03重量份的抗氧化剂，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。滴定其NCO值为4.95％， 100℃黏度为630mPa·s。
对比例3
按照原料总重量为100重量份计，将17.23重量份聚酯多元醇P5、20.62重量份聚酯多元醇P3、分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入26.58重量份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入0.03重量份的催化剂双吗啉基二乙基醚，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。滴定其NCO值为4.41％，100℃黏度为1800mPa·s。
对比例4
按照原料总重量为100重量份计，将17.25重量份聚酯多元醇P1、20.60重量份聚酯多元醇P6、分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入28.46重量份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入0.03重量份的催化剂双吗啉基二乙基醚，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。滴定其NCO值为4.70％，100℃黏度为400mPa·s。
涉及聚酯多元醇参数指标测试的方法如下：
1)酸值测定：根据HG/T 2708-1995标准测试；
2)羟值测定：根据HG/T 2709-1995标准测试；
3)黏度测定：根据GB/T 2794-2013标准(旋转粘度计法)测试。
涉及穿戴设备胶黏剂参数指标测试的方法如下：
1)含水量测定：根据GB/T 6283-2008标准测试；
2)黏度测定：根据GB/T 2794-2013标准(旋转粘度计法)测试；
3)NCO测定：根据HG/T 2409-1992标准测试。
以上实施例5-8制备得到的穿戴设备胶黏剂，通过诺德美克无溶剂复合机的上机测试后均可达到以下性能：初粘力：下机2h后即可完成初粘；粘接强度：复合结束的膜材在45℃放置24h后即可完成塑塑完全转移；100℃黏度：500-1000mPa·s；复合速度：使用诺德美克无溶剂复合设备可达到200-400m/min的机速；贮存稳定性：＞6个月；不起泡，完全可以满足穿戴设备包装客户的要求。以上比例3和对比例4制备得到的穿戴设备胶黏剂，通过诺德美克无溶剂复合机的上机测试后，对比例3黏度过大，机器无法高速运行，复合速度仅为100-150m/min，对比例4的初粘力无，下机2h后仍无初粘力，复合结束的膜材在45℃放置24h后塑塑不转移，无法满足穿戴设备包装客户的要求。
表1:实施例1-4和对比例1、2合成的聚酯多元醇性能测试结果
Figure RE-GDA0003250917810000071
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于，采用两种具有特殊结构的聚酯多元醇，包括以下组分且各组分的重量份数分别为：
聚酯多元醇1：15-20份；
聚酯多元醇2：20-25份；
结晶性聚酯多元醇10-30份；
热塑性丙烯酸树脂10-30份；
异氰酸酯类：20-30份；
抗氧化剂0.1-1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于：所述的聚酯多元醇1，由A、B、C、D四种单体通过酯化缩合反应制备得到，A为1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸、1,10-葵二酸、1,11-十一烷二酸中的至少一种；B为丁二酸酐、己二酸酐、壬二酸酐、间苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种；C为1,6-己二醇、1,7-庚二醇，1,8-辛二醇，1,9-壬二醇，1,10-葵二醇中的至少一种；D为1,5-戊二醇。
3.根据权利要求1所述的一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于：所述的聚酯多元醇2由E、F、G、H、I五种单体通过酯化缩合反应制备得到，E为1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸、1,10-葵二酸、1,11-十一烷二酸中的至少一种；F为丁二酸酐、己二酸酐、壬二酸酐、间苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐中的至少一种；G为聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇中至少一种；H为2-甲基-1,3丙二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5戊二醇、为2-丁基-2-乙基丙二醇中的至少一种。I为乙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于：所述结晶性聚酯多元醇由己二酸、癸二酸、十二烷酸中的至少一种酸与1,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、二甘醇和1,6-己二醇中的至少一种醇聚合而成。
5.根据权利要求1所述的一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于：所述热塑性丙烯酸树脂为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯及共聚物中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种穿戴设备胶黏剂，其特征在于：所述的异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基而异氰酸酯中至少一种。
7.根据权利要求1-6中所述的一种穿戴设备胶黏剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
按照各组分的重量份数将聚酯多元醇1、聚酯多元醇2、结晶性聚酯多元醇、热塑性丙烯酸树脂分别加入到反应釜中，升温至40-60℃，搅拌均匀后取样进行水分含量测试，控制水分含量为0-500ppm；再向其中加入对应重量份数的异氰酸酯类原料，控制体系温度，逐步升温至75-85℃，保温2-3.5h；降温至70-80℃，加入抗氧化剂，抽真空脱泡后得到穿戴设备胶黏剂。
8.根据权利要求7所述的一种穿戴设备胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述聚酯多元醇1的制备方法为，包括以下步骤：
在氮气保护下，将上述配比的聚酯多元醇1加入反应釜内，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为20-70mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇1。
9.根据权利要求7所述的一种穿戴设备胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述聚酯多元醇1的制备方法为，包括以下步骤：
在氮气保护下，将上述配比的聚酯多元醇2加入反应釜内，搅拌升温至130-150℃，保温2±0.5h，体系出水；继续升温至190-210℃，保温2±0.5h；继续升温至220-230℃，加入助剂，保温反应至酸值小于2mgKOH/g、羟值为40-80mgKOH/g时，终止反应，得到聚酯多元醇2。
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