CN114293372A - 粘合剂及其处理的纤维、纺织面料制品、复合材料及制品 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶增强用的纤维、线绳以及织物用粘合剂领域，具体公开一种粘合剂及其制备方法，包括封闭型异氰酸酯、丁二烯‑苯乙烯‑乙烯基吡啶共聚物以及含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物，其中，改性聚氨酯聚合物包含基于丁二烯的聚合物链和至少一个以封端异氰酸酯基终止的末端，所述封端异氰酸酯基是异氰酸酯和封端剂的反应产物。本申请制备的粘合剂，不含间苯二酚和甲醛，减少毒性物质对人体健康的损害；对聚酯纤维线绳、芳纶纤维线绳以及芳纶纤维织物均具备很好的粘合力。
Description
技术领域
本发明属于橡胶增强用的纤维、线绳以及织物用粘合剂领域，具体地说涉及粘合剂及其处理的纤维、纺织面料制品、复合材料及制品。
背景技术
很多橡胶制品例如轮胎、胶带、胶管以及空气弹簧等都是由橡胶以及增强纤维、线绳或织物例如帘子布或者帆布组成。橡胶基体必须与增强纤维等材料有良好的粘合力，保证在使用中不会出现空化脱层等失效现象。
为了赋予橡胶基材与增强纤维之间良好的粘合，工业界长期以来都使用基于美国专利US2,128,229披露的一种被简称为RFL的基于间苯二酚-甲醛体系的粘合剂和橡胶胶乳的混合物来处理增强纤维、线绳或纺织面料。由于间苯二酚和甲醛对人有健康危害，近年来无甲醛无间苯二酚的粘合剂处理体系逐渐见诸报导。
美国专利US8,247,490B披露了一种无甲醛和无间苯二酚的体系，使用的是用糠醛等大分子醛代替甲醛。虽然不使用甲醛，但仍然使用了醛类物质。
法国的米其林公司申请了一系列的专利EP2,739,691B，EP2,739,692B，EP2,739,693B，EP3022241B，US9,840644，US20190119535，US20190145493，US20200269524等使用大分子的酚和大分子的醛来代替间苯二酚和甲醛。技术路线上虽然抛弃了间苯二酚和甲醛，但仍然使用其它的酚和醛。
芬纳技术有限公司(Fina Technology)申请的一族专利US10584220B2，EP3420010A1，CN109071760B等中披露了一种不是用醛和酚的粘合剂处理的纤维或织物增强的橡胶制品。这种不含酚和醛的粘合剂体系中含有胶乳以及一种包含基于丁二烯的聚合物链和以封闭异氰酸酯基终止的末端。这种包含基于丁二烯的聚合物链和以封闭异氰酸酯基终止的末端的聚合物实际上是一种封闭型的基于聚丁二烯二元醇的聚氨酯。根据这族专利的披露，该粘合体系能够赋予人造丝(Rayon)、聚乙烯(PE)和尼龙(Nylon)纤维与橡胶之间良好的粘合，但不能达到芳纶纤维与橡胶之间良好的粘合，并且没有研究与聚酯纤维的作用。而聚酯纤维是增强橡胶制品中用量最大的有机纤维，在轮胎、输送带、传动带以及胶管上非常广泛地使用，是值得研究的。
因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出粘合剂及其处理的纤维、纺织面料制品、复合材料及制品。本发明提供如下技术方案：
一种粘合剂，包括封闭型异氰酸酯、丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶共聚物以及含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物，其中，改性聚氨酯聚合物包含基于丁二烯的聚合物链和至少一个以封端异氰酸酯基终止的末端，所述封端异氰酸酯基是异氰酸酯和封端剂的反应产物。
进一步的，制备含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物的方法包括：将284.3克聚丁二烯二元醇和14.8克的二羟甲基丙酸加入500毫升的三口烧瓶中，混合物中加入50克丙酮，待充分溶解后，加入70.2克的异佛尔酮二异氰酸酯，一边搅拌一边升温一边回流至80℃保持2小时后停止加热，再加入50克丙酮，再添加19.3克的环己酮肟继续反应30分钟，然后加入11.4克三乙胺继续反应30分钟后将反应产物加入到570克水中同时高速搅拌乳化30分钟，去除丙酮并补水后得到含有聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物水乳液。
进一步的，去除丙酮并补水的方法包括：乳化30分钟后降低搅拌速度同时开始抽真空去除丙酮，待丙酮含量降低到1％以下后，停止搅拌，测定水分散体中的非挥发物含量，根据实际测量得到的非挥发物含量来补充适量的水将分散体中的非挥发物含量调整到40％。
进一步的，所述封闭型异氰酸酯为由己内酰胺封闭的二苯基甲烷二异氰酸酯。
进一步的，所述丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶共聚物为含15％乙烯基吡啶的丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶共聚物。
进一步的，用于处理橡胶制品用增强纤维、线绳或纺织面料。
进一步的，所述线绳处理方法包括：将待浸胶的线绳放入粘合剂中浸渍后取出，230℃烘干1分钟。
进一步的，所述纺织面料处理方法包括：将纺织面料剪成10×10cm的方块，然后放入粘合剂中浸渍后取出，用轧车将多余的液体挤出，230℃烘干1分钟。
一种粘合剂制备方法，包括制备粘合剂，将封闭型异氰酸酯、含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物水乳液以及丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶共聚物的乳液，一次加入水中慢慢搅拌稀释。
有益效果：
1、本申请制备的粘合剂，不含间苯二酚和甲醛，减少毒性物质对人体健康的损害；
2、本申请制备的粘合剂，对聚酯纤维线绳、芳纶纤维线绳以及芳纶纤维织物均具备很好的粘合力；
3、本申请的粘合剂制备方法简单，仅需将特定配方组分的原料混合均匀即可；
4、一次浸胶干燥处理聚酯纤维线绳、芳纶纤维线绳以及芳纶纤维织物，简单快速有效；
5、对织物浸胶处理时增加轧车工艺，避免粘合剂附着过多影响粘合剂的干燥效率，进而影响其粘合力。
附图说明
图1是本发明具体实施例中一种粘合剂制备方法流程示意图；
图2是本发明具体实施例中粘合样品测试制备试样结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例1-9
制备粘合剂原料配方：
CBI-50：是50％非挥发物含量的由己内酰胺封闭的二苯基甲烷二异氰酸酯，由科英公司生产。
含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物乳液制备方法包括：
将284.3克聚丁二烯二元醇
R-45HTLO(液体)和14.8克的二羟甲基丙酸(DMPA)(固体)加入500毫升的三口烧瓶中，混合物中加入50克丙酮，待充分溶解后，加入70.2克的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，一边搅拌一边升温一边回流至80摄氏度保持2小时后停止加热，再加入50克丙酮，再添加19.3克的环己酮肟继续反应30分钟，然后加入11.4克三乙胺继续反应30分钟后将反应产物加入到570克水中同时高速搅拌乳化30分钟，然后降低搅拌速度同时开始抽真空去除丙酮。待丙酮含量降低到1％以下后，停止搅拌，测定水分散体中的非挥发物含量，根据实际测量得到的非挥发物含量来补充适量的水将分散体中的非挥发物含量调整到40％。
制备线绳或织物：
聚酯纤维线绳：1670分特(dtex)聚酯纤维，由联新高性能纤维(PerformanceFiber)供应，用加捻机先加捻到370捻/米，然后两股合在一起再反向加捻到370捻/米，这样得到的结构被称为PET 1670/1/2。
对位芳纶纤维(para-aramid)线绳：1670分特(dtex)
对位芳纶纤维，由杜邦公司(DuPont)生产，用加捻机先加捻到490捻/米，然后两股合在一起反向加捻到490捻/米，这样得到的结构被称为PPTA 1670/1/2。
芳纶纤维织物：芳纶纤维平纹织物，每平方米200克，由1670分特(dtex)
对位芳纶纤维织成。该织物由杜邦公司提供。
制备生橡胶：
橡胶用以下配方(质量份)用常规炼胶工艺炼成，
天然橡胶(1#标准胶)：90.0
丁苯橡胶(1500型)：10.0
硬脂酸(200型)：2.0
促进剂DM：1.2
促进剂TT：0.03
间接法氧化锌：8.0
N330炭黑：35.0
硫磺：2.5
粘合剂A：0.8
粘合剂RS：0.96
总计：150.49。
如图1所示，一种粘合剂制备方法，包括制备原料，然后将封闭型异氰酸酯(CBI-50)、含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物水乳液以及丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶共聚物的乳液，一次加入水中慢慢搅拌稀释。
对比实施例1-3
以专利US10584220B2中的方案制备粘合剂作为对比例。
粘合剂制备好之后开始浸胶工艺：
线绳浸胶方法：
将PET 1670/1/2线绳或PPTA 1670/1/2线绳用浸胶机放入粘合剂中浸渍后取出，230℃烘干1分钟。
织物浸胶方法：
将纺织面料剪成10×10cm的方块，然后放入粘合剂中浸渍后取出，用轧车将多余的液体挤出，230℃烘干1分钟。
粘合样品的制备与测试：
测试方法按照中国国家标准GB/T 32109-2015进行粘合样品制备和测试，该方法与ASTM D393/4393M-10等同，也是专利US10584220B2所使用的方法。
本发明中使用的硫化条件是138摄氏度50分钟。
该方法制备的试样如图2所示。
制得的样品使用T-peel的方法进行剥离。
不同实施例的粘合力如下表所示：
表1.基于封闭型异氰酸酯的浸胶粘合体系的配方与粘合结果(表中各物质浓度是按干重计)
从数据中可以看出，在粘合剂配方中加上封闭型异氰酸酯浸渍后，粘合力得到很大的提高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (12)
1.一种粘合剂，其特征在于，包括封闭型异氰酸酯、丁二烯-苯乙烯共聚物以及含聚丁二烯的改性聚氨酯聚合物，其中，改性聚氨酯聚合物包含基于丁二烯的聚合物链和至少一个以封端异氰酸酯基终止的末端，所述封端异氰酸酯基是异氰酸酯和封端剂的反应产物。
2.根据权利要求1所述的一种粘合剂，其特征在于，所述封闭型异氰酸酯是封闭型的脂肪族异氰酸酯，进一步的，所述脂肪族异氰酸酯是六亚甲基二异氰酸酯的三聚体。
3.根据权利要求1所述的一种粘合剂，其特征在于，所述封闭型异氰酸酯是封闭型的芳香族异氰酸酯，进一步的，所述芳香族异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的一种粘合剂，其特征在于，所述封闭型异氰酸酯是由多异氰酸酯和封闭剂反应生成的，所述封闭剂是二甲基吡唑、丁酮肟、己内酰胺、苯酚中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种粘合剂，其特征在于，所述丁二烯-苯乙烯共聚物含有乙烯基吡啶单体。
6.根据权利要求1所述的一种粘合剂，其特征在于，用于处理复合材料用增强纤维、线绳或纺织面料，所述复合材料的基材是橡胶材料。
7.一种粘合剂处理的纤维制品，其特征在于，包括一种纤维和涂覆在表面的粘合剂，所述粘合剂为权利要求1-6中任一所述的一种粘合剂。
8.根据权利要求7所述，其特征在于，所述纤维是聚酯纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、纤维素纤维、玻璃纤维其中的一种或者多种加工而成。
9.一种粘合剂处理的纺织面料制品，其特征在于，包括纺织面料和涂覆在表面的粘合剂，所述粘合剂为权利要求1-6中任一所述的一种粘合剂。
10.根据权利要求9所述一种粘合剂处理的纺织面料制品，其特征在于，所述纺织面料是由聚酯纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、纤维素纤维、玻璃纤维其中的一种或多种加工而成。
11.一种纤维增强的复合材料，其特征在于，包含一种橡胶基材以及权利要求7所述的粘合剂处理的纤维制品或权利要求9所述的粘合剂处理的纺织面料制品。
12.一种复合材料制成的制品，其特征在于，包含权利要求11所述的一种纤维增强的复合材料。
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| US20040014389A1 (en) * | 2002-07-18 | 2004-01-22 | Judy Chu | Polychloprene composite having adhesive with copolymer of polychloroprene and dichlorobutadiene |
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