CN114149778A - 低成本、高强度聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚氨酯胶粘剂技术领域，具体涉及一种低成本、高强度聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。所述胶粘剂由A组分和B组分制成，A组分与B组分的质量比为1:1‑1:5；按重量份数计，A组分为：水玻璃60‑100重量份、氯化石蜡0‑20重量份，碳酸丙烯酯0‑30重量份，金属盐类催化剂0.1‑1.0重量份；B组分为：多异氰酸酯30‑80重量份，邻苯二甲酸二丁酯10‑30重量份，表面活性剂0.1‑5重量份；将A组分和B组分按照比例混合，即得该聚氨酯胶粘剂。本发明的聚氨酯胶粘剂黏度低、成本低、固化时间短、固化后强度高，具有优异的综合性能；制备过程简便可控，原料易得，条件温和；用于对膜进行浇注封端处理。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯胶粘剂技术领域，具体涉及一种低成本、高强度聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。
背景技术
膜技术是用于解决水资源短缺、治理水污染问题的一项高科技技术，已广泛应用于海水淡化、饮用水净化、生活污水和工业废水处理等领域中。分离膜是膜分离领域的核心，可通过内压式或外压式进行过滤。分离膜需以膜组件之形式应用于相关的工程中，而将其制成膜组件时需使用大量胶粘剂进行封端。胶粘剂自身特性、胶粘剂与分离膜以及与膜组件外壳的相互作用均会影响膜组件在实际应用过程中的性能。因此，选择合适的胶粘剂对制备分离膜组件至关重要。
分离膜组件是将分离膜利用聚氨酯、环氧树脂等灌封胶将其浇注固定在膜壳内，形成封闭的过滤环境。膜组件对胶粘剂的性能要求主要包含下列方面：①灌封工艺，包括混合黏度大小、与膜丝浸润性、固化周期长短、放热量大小、胶粘剂的爬丝高度和固化硬度等；②胶粘剂本体性能，包括胶粘剂自身的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度及其与膜壳的剪切强度。环氧树脂灌封胶具有优异的粘结性、机械强度及耐腐蚀性，但胶液黏度较大、流动性较差，不适用于细小缝隙的灌封，同时存在固化需加热、固化时间过长、性脆、耐疲劳性和耐冲击性差的缺点。
聚氨酯灌封胶可在常温下迅速固化、硬度可调节，可以克服环氧树脂灌封胶的大部分缺点。另外，聚氨酯材料成品无毒、无污染，其制品可以达到饮水级甚至医疗级卫生水平，普遍用于各种水处理设备中。但是，纯聚氨酯胶粘剂往往存在黏度较大导致固化后其中产生大量气泡，使得固化后的胶黏剂强度较低，且纯聚氨酯胶粘剂成本较高，在分离膜浇注的广泛应用中遇到较大困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，该聚氨酯胶粘剂黏度低、成本低、固化时间短、固化后强度高，具有优异的综合性能；本发明还提供其制备方法，制备过程简便可控，原料易得，条件温和；本发明还提供其应用。
本发明所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，由A组分和B组分制成，A组分与B组分的质量比为1:1-1:5；
按重量份数计，A组分由以下原料制成：水玻璃60-100重量份、氯化石蜡0-20重量份，碳酸丙烯酯0-30重量份，金属盐类催化剂0.1-1.0重量份；B组分由以下原料制成：多异氰酸酯30-80重量份，邻苯二甲酸二丁酯10-30重量份，表面活性剂0.1-5重量份。
其中：
所述的水玻璃为钠水玻璃，分子式为Na2O·nSiO2，水玻璃模数为1.5-3.0。
所述的氯化石蜡，具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优点，可用作阻燃剂和增塑剂。
所述的碳酸丙烯酯，分子式：C4H6O3，在高分子工业上可作聚合物的溶剂和增塑剂。用作胶黏剂和密封剂的增塑剂。还可用作酚醛树脂固化促进剂和水溶性胶黏剂颜填料的分散剂。
所述的金属盐类催化剂为锡类催化剂或钾类催化剂；锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸亚锡、二辛基硫醇锡或二丁基硫醇锡中的一种或几种；钾类催化剂为乙酸钾、乙醇钾或对氨基苯甲酸钾中的一种或几种。
所述的多异氰酸酯为一定量较高官能度的异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。分子中含有多于两个的异氰酸酯官能团的异氰酸酯，优选多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。
所述的邻苯二甲酸二丁酯，中文别名：DBP、酞酸二丁酯、二丁脂、邻苯二甲酸二丁脂、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻酞酸二丁酯、增塑剂DBP、邻苯二甲酸二丁酯DBP、苯二甲酸正丁酯、二丁基酞酸酯、酞酸二正丁酯、二丁基邻苯二甲酸盐、邻苯二甲酸盐、苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二正丁酯、1,2-苯二甲酸二丁基酯、驱蚊叮、邻苯二甲酸二丁酯。
所述的表面活性剂为非离子表面活性剂。具体为：烷基葡萄糖苷(APG)、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦(司盘)或聚山梨酯中的一种或几种。
本发明所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备A组分：将水玻璃、氯化石蜡、碳酸丙烯酯和金属盐类催化剂按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后，得A组分；
2)制备B组分：将多异氰酸酯、邻苯二甲酸二丁酯和表面活性剂按照比例搅拌混合均匀，得B组分；
3)将A组分和B组分按照比例混合，即得所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂。
A组分和B组分混合反应，水玻璃液滴在邻苯二甲酸二丁酯的催化作用下原位形成SiO2凝胶颗粒；与此同时，异氰酸酯与水发生反应生成聚脲并产生交联；交联的聚氨酯将原位生成的凝胶颗粒包覆，固化得到聚氨酯有机相为连续相、SiO2颗粒为分散相的聚氨酯胶粘剂。
所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的黏度为150-300mPa·s。
本发明所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的应用，用于在常温下对膜进行浇注封端处理，固化后，将末尾封端切割掉，则得到膜组件。
所述的膜为平板膜或中空纤维膜。
所述的固化条件为：常温下固化50-100秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的聚氨酯胶粘剂黏度低、成本低、固化时间短、固化后强度高，具有优异的综合性能。
2、本发明的制备过程简便可控，原料易得，条件温和，水玻璃原位生成的SiO2凝胶颗粒尺寸更小，在聚氨酯有机相中分散更均匀，固化后的聚氨酯胶粘剂中有机相和无机相相容性更好，强度更高，成本更低。
3、本发明的聚氨酯胶粘剂用于在常温下对膜进行浇注封端处理，为聚氨酯胶粘剂在膜组件浇注领域的规模化使用提供了有效的方法。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步阐述，但其并不限制本发明的实施。
对比例1
步骤一、A组分的制备：将80g聚醚多元醇、10g氯化石蜡、10g碳酸丙烯酯和0.1g乙酸钾按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后，得到A组分。
步骤二、B组分的制备：将80g多异氰酸酯PAPI、20g邻苯二甲酸二丁酯和5g脂肪酸甘油酯搅拌均匀，得到B组分；
步骤三、将A组分和B组分按质量比1:1混合。
步骤四、将得到的聚氨酯胶粘剂对中空纤维膜进行浇注。
实施例1
步骤一、A组分的制备：将80g水玻璃(模数为2.8)、10g氯化石蜡、10g碳酸丙烯酯和0.1g乙酸钾按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后，得到A组分。
步骤二、B组分的制备：将80g多异氰酸酯PAPI、20g邻苯二甲酸二丁酯和5g脂肪酸甘油酯搅拌均匀，得到B组分。
步骤三、将A组分和B组分按质量比1:1混合。
步骤四、将得到的聚氨酯胶粘剂对中空纤维膜进行浇注。
实施例2
步骤一、A组分的制备：将70g水玻璃(模数为2.5)、20g氯化石蜡、10g碳酸丙烯酯和0.1g乙醇钾按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后得到A组分。
步骤二、B组分的制备：将80g多异氰酸酯PAPI、20g邻苯二甲酸二丁酯和5g脂肪酸山梨坦搅拌均匀得到B组分。
步骤三、将A组分和B组分按质量比1:1.2混合。
步骤四、将得到的聚氨酯胶粘剂对中空纤维膜进行浇注。
实施例3
步骤一、A组分的制备：将60g水玻璃(模数为2.8)、20g氯化石蜡、20g碳酸丙烯酯和0.1g乙酸钾按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后得到A组分。
步骤二、B组分的制备：将80g多异氰酸酯PAPI、20g邻苯二甲酸二丁酯和5g脂肪酸山梨坦搅拌均匀得到B组分。
步骤三、将A组分和B组分按质量比1:1.5混合。
步骤四、将得到的聚氨酯胶粘剂对中空纤维膜进行浇注。
实施例4
步骤一、A组分的制备：将80g水玻璃(模数为2.6)、20g氯化石蜡和0.1g二月桂酸二丁基锡按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后得到A组分。
步骤二、B组分的制备：将80g多异氰酸酯PAPI、20g邻苯二甲酸二丁酯和5g脂肪酸山梨坦搅拌均匀得到B组分。
步骤三、将A组分和B组分按质量比1:2混合。
步骤四、将得到的聚氨酯胶粘剂对平板膜进行浇注。
实施例5
步骤一、A组分的制备：将80g水玻璃(模数为2.5)、20g碳酸丙烯酯和0.1g乙酸钾按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后得到A组分。
步骤二、B组分的制备：将80g多异氰酸酯PAPI、20g邻苯二甲酸二丁酯和5g脂肪酸甘油酯搅拌均匀得到B组分。
步骤三、将A组分和B组分按质量比1:1混合。
步骤四、将得到的聚氨酯胶粘剂对中空纤维膜进行浇注。
胶粘剂黏度、固化时间、成本核算以及压缩强度测试：
1.根据配方对胶粘剂成本进行了计算；
2.制备的胶粘剂浇注在圆柱形的模具，固化后制得圆柱形样块，采用万能试验机测试固化后胶粘剂的压缩强度；
3.将A组分与B组分在小塑料杯中按照比例快速搅拌混合后开始计时，观察胶粘剂开始凝固时停止计时，即为固化时间；
4.本实验中胶粘剂的最终黏度由A组分决定，因此，通过慢速黏度计在室温条件下测定A组分的黏度来侧面反应胶粘剂的黏度。
本发明的聚氨酯胶粘剂的黏度、固化时间、成本及压缩强度数据如表1所示。
表1胶粘剂成本与固化后压缩强度数据
| 单位 | 对比例1 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 黏度 | mPa.s | 172 | 160 | 153 | 156 | 172 | 168 |
| 固化时间 | s | 76 | 60 | 58 | 55 | 68 | 63 |
| 成本 | 元/t | 12500 | 9550 | 9680 | 9750 | 9900 | 9600 |
| 压缩强度 | kPa | 27 | 45 | 46 | 48 | 54 | 40 |
结合上述数据可知，本发明膜组件浇注用低成本、高强度聚氨酯胶粘剂具有明显优势，适合大规模生产和应用。
另外，应指出的是上述实例仅作为说明本发明的技术思路和特点，其目的在于其他人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。凡根据本发明思路实质所做的等效变化或完善，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，其特征在于：由A组分和B组分制成，A组分与B组分的质量比为1:1-1:5；
按重量份数计，A组分由以下原料制成：水玻璃60-100重量份、氯化石蜡0-20重量份，碳酸丙烯酯0-30重量份，金属盐类催化剂0.1-1.0重量份；B组分由以下原料制成：多异氰酸酯30-80重量份，邻苯二甲酸二丁酯10-30重量份，表面活性剂0.1-5重量份。
2.根据权利要求1所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，其特征在于：水玻璃为钠水玻璃，水玻璃模数为1.5-3.0。
3.根据权利要求1所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，其特征在于：金属盐类催化剂为锡类催化剂或钾类催化剂；锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸亚锡、二辛基硫醇锡或二丁基硫醇锡中的一种或几种；钾类催化剂为乙酸钾、乙醇钾或对氨基苯甲酸钾中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，其特征在于：多异氰酸酯为PAPI。
5.根据权利要求1所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂，其特征在于：表面活性剂为烷基葡萄糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的一种或几种。
6.一种权利要求1-5任一所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)制备A组分：将水玻璃、氯化石蜡、碳酸丙烯酯和金属盐类催化剂按照比例搅拌混合均匀，静置脱泡后，得A组分；
2)制备B组分：将多异氰酸酯、邻苯二甲酸二丁酯和表面活性剂按照比例搅拌混合均匀，得B组分；
3)将A组分和B组分按照比例混合，即得所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂。
7.根据权利要求6所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于：低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的黏度为150-300mPa·s。
8.一种权利要求1-5任一所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的应用，其特征在于：用于在常温下对膜进行浇注封端处理，固化后，将末尾封端切割掉，则得到膜组件。
9.根据权利要求8所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的应用，其特征在于：膜为平板膜或中空纤维膜。
10.根据权利要求8所述的低成本、高强度聚氨酯胶粘剂的应用，其特征在于：固化条件为：常温下固化50-100秒。
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2021
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