CN114456763A - 一种单组分聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单组分聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用，涉及制备聚氨酯粘结剂技术领域，按照重量份数计，包括以下组分：5～15份的芳香族异氰酸酯，1～50份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.02～1的催化剂，2～20份的交联剂，5～30份的增塑剂，10～80份的颜填料，0.1～5份的紫外线吸收剂；其制备方法为：对聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物与芳香族异氰酸酯反应之后加入催化剂、交联剂、增塑剂、颜填料、紫外线吸收剂继续反应，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后即得。该配方制备的单组分聚氨酯粘结剂的缓冲减震功能、耐冻功能和耐水性均得到了提高，而且还具有较强的剪切强度和粘结强度。

Description

一种单组分聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及制备聚氨酯粘结剂技术领域，更具体的是涉及单组分聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用技术领域。

背景技术

聚氨酯粘结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)的粘结剂，聚氨酯粘结剂分为多异氰酸酯和聚氨酯两大类，多异氰酸酯分子链中含有异氰基(-NCO)和氨基甲酸酯基(-NH-COO-)，故聚氨酯粘结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。聚氨酯胶粘剂一般分为单组份聚氨酯胶粘剂和双组份聚氨酯胶粘剂。

双组份聚氨酯胶粘剂一般由A、B两个组份组成，使用时两组份需按照一定的配比，搅拌均匀，A、B组份不单独使用；同时搅拌好的胶水必须在较短的时间内用完，特别在高温季节，胶水混合后，粘度增长很快，造成后期使用困难，大量胶水报废或不能形成良好粘接，产生大量不合格品。

单组份聚氨酯胶粘剂特指端-NCO基的聚氨酯树脂，即使用时不需要添加固化剂，直接将树脂涂覆在需要的位置，让树脂暴露在空气中，与空气中的微量水分发生反应而固化，生成性质优良的聚合物。现有的单组份聚氨酯胶粘剂存在固化时间较长、粘接力弱、环保性低的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的单组份聚氨酯胶粘剂粘结力弱的问题，为了解决上述技术问题，本发明提供一种单组分聚氨酯粘结剂及其制备方法和应用。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：5～15份的芳香族异氰酸酯，1～50份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.02～1的催化剂，2～20份的交联剂，5～30份的增塑剂，10～80份的颜填料，0.1～5份的紫外线吸收剂。

进一步的，一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：8～12份的芳香族异氰酸酯，10～30份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.15～0.7份的催化剂，5～15份的交联剂，10～20份的增塑剂，30～60份的颜填料，2～4份的紫外线吸收剂。

进一步的，一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：10份的芳香族异氰酸酯，20份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.5的催化剂，10份的交联剂，15份的增塑剂，40份的颜填料，3份的紫外线吸收剂。

本申请中的芳香族异氰酸酯的分子结构中含有不饱和键，因此具有很高的活性，将其与聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物搅拌混匀的过程中即可进行快速的反应，生成聚氨酯弹性体，同时加入的催化剂提高了反应的效率，通过加入的交联剂作为桥基将聚合物大分子交联起来，成为体型分子，使其固化，能促进聚合物之间的反应；加入的增塑剂插进聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链间的应力，增加了聚合物分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加；颜填料根据实际的需要进行添加即可；加入的紫外线吸收剂是一类可防止太阳光或其他人造紫外光引起聚合物降解的物质，是一种光稳定剂，由于太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290-460nm，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用，使颜色分子最后分解褪色，而使用紫外线吸收剂对受保护的物体可以实施有效的防止或削弱其对颜色的破坏，加入紫外线吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外线，使之变成无害的能量而释放或消耗。紫外线吸收剂其结构分子中至少含有一个邻位羟基苯基取代基，这类化合物中由邻位羟基与氮原子或氧原子形成一螯合环，在吸收紫外线后，氢键断裂发生分子异构，分子内结构发生热振动，氢键破坏，螯合环打开，分子内结构发生变化，这样就将有害的紫外光变为无害的热能放出，从而保护了材料。

本申请采用上述配方制备的单组分聚氨酯粘合剂通过各物质之间相互协同增效的方式增强了制备的单组分聚氨酯粘合剂的粘结强度，同时使用该配方生产单组分聚氨酯粘合剂时对环境的污染较小，产品也具有很好的环形效果，制备的产品的缓冲减震功能、耐冻功能和耐水性均得到了提高，而且还具有较强的剪切强度。

进一步的，所述芳香族异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。

进一步的，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇或聚四氢呋喃二醇；所述聚酯多元醇为采用二元酸和二元醇进行酯化反应得到的聚酯多元醇。

其中聚酯多元醇的具体制备方法为：将二元酸和二元醇混合后用氮气置换，然后先升温至140℃～150℃保温1.5小时，然后再升温至180℃～200℃保温1.5小时，最后再升温至220℃～250℃保温2小时，反应期间持续抽真空，带走反应生成的水，反应完毕之后，冷却至室温即可得到聚酯多元醇。

进一步的，所述催化剂为有机锡催化剂，包括二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡中的任意一种。

进一步的，所述交联剂包括过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的任意一种；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异癸酯中的任意一种；所述紫外线吸收剂包括邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮中的任意一种。

进一步的，所述聚酯多元醇与聚醚多元醇按照质量比为1:1的比例混合。

为了实现上述目的，本申请还提出了一种单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入催化剂、交联剂、增塑剂、颜填料、紫外线吸收剂搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

为了实现上述目的，本申请还提出了一种单组分聚氨酯粘结剂的应用，所述单组分聚氨酯粘结剂应用于建筑领域。

在使用该单组分聚氨酯粘结剂时，将该粘结剂与建筑废料按比例混合成型，固化后的产品具有高效的透水透气性，有一定的弹性。可以广泛应用在生态建设中，特别适合用于国家海绵城市建设中的透水道路的铺装等，如：生态道路、生态树围、生态护坡等，实现路面、护坡的透气、透水性，将雨水能够实现自然积存、自然渗透、自然净化。因该单组分聚氨酯粘结剂的优异的粘结性能和机械性能，使得所粘结物骨料来源广泛，可以是建筑固废垃圾颗粒、混凝土路面破碎颗粒、沥青路面破碎颗粒、木屑、石子、黄河沙子、玻璃、陶瓷颗粒等，固废材料经该单组分聚氨酯胶粘剂粘结后，具有压缩回弹性良好；固化强度上升速度快，可长期在-40～70℃的环境中应用，耐久性能好，抗紫外线、耐老化性强；且能够实现材料粘合后孔隙率高达20-30％，透气、透水。根据成品物性能，应用于不同的海绵城市建设领域。

本发明的有益效果如下：本申请采用上述配方制备的单组分聚氨酯粘合剂通过各物质之间相互协同增效的方式增强了制备的单组分聚氨酯粘合剂的粘结强度，同时使用该配方生产单组分聚氨酯粘合剂时对环境的污染较小，产品也具有很好的环形效果，制备的产品的缓冲减震功能、耐冻功能和耐水性均得到了提高，而且还具有较强的剪切强度。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

该实施例中的一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：5份的甲苯二异氰酸酯，1份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.02份的二甲基锡，2份的过氧化二异丙苯，5份的邻苯二甲酸二正辛酯，10份的颜填料，0.1份的邻羟基苯甲酸苯酯。

其中聚酯多元醇的具体制备方法为：将二元酸和二元醇混合后用氮气置换，然后先升温至140℃～150℃保温1.5小时，然后再升温至180℃～200℃保温1.5小时，最后再升温至220℃～250℃保温2小时，反应期间持续抽真空，带走反应生成的水，反应完毕之后，冷却至室温即可得到聚酯多元醇。

该单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入二甲基锡、过氧化二异丙苯、邻苯二甲酸二正辛酯、颜填料、邻羟基苯甲酸苯酯搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

实施例2

该实施例中的一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：15份的二苯基甲烷二异氰酸酯，50份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，1份的二辛基锡，20份的过氧化苯甲酰，30份的邻苯二甲酸丁苄酯，80份的颜填料，5份的2，4-二羟基二苯甲酮。

其中聚酯多元醇的具体制备方法为：将二元酸和二元醇混合后用氮气置换，然后先升温至140℃～150℃保温1.5小时，然后再升温至180℃～200℃保温1.5小时，最后再升温至220℃～250℃保温2小时，反应期间持续抽真空，带走反应生成的水，反应完毕之后，冷却至室温即可得到聚酯多元醇。

该单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入二辛基锡、过氧化苯甲酰、邻苯二甲酸丁苄酯、颜填料、2，4-二羟基二苯甲酮搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

实施例3

该实施例中的一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：8份的甲苯二异氰酸酯，10份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.15份的四苯基锡，5份的二叔丁基过氧化物，10份的邻苯二甲酸二异丁酯，30份的颜填料，2份的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮。

其中聚酯多元醇的具体制备方法为：将二元酸和二元醇混合后用氮气置换，然后先升温至140℃～150℃保温1.5小时，然后再升温至180℃～200℃保温1.5小时，最后再升温至220℃～250℃保温2小时，反应期间持续抽真空，带走反应生成的水，反应完毕之后，冷却至室温即可得到聚酯多元醇。

该单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入四苯基锡、二叔丁基过氧化物、邻苯二甲酸二异丁酯、颜填料、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

实施例4

该实施例中的一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：12份的二苯基甲烷二异氰酸酯，30份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.7份的四苯基锡，15份的过氧化氢二异丙苯，20份的邻苯二甲酸二异癸酯，60份的颜填料，4份的2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑。

其中聚酯多元醇的具体制备方法为：将二元酸和二元醇混合后用氮气置换，然后先升温至140℃～150℃保温1.5小时，然后再升温至180℃～200℃保温1.5小时，最后再升温至220℃～250℃保温2小时，反应期间持续抽真空，带走反应生成的水，反应完毕之后，冷却至室温即可得到聚酯多元醇。

该单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入四苯基锡、过氧化氢二异丙苯、邻苯二甲酸二异癸酯、颜填料、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

实施例5

该实施例中的一种单组分聚氨酯粘结剂，按照重量份数计，包括以下组分：10份的二苯基甲烷二异氰酸酯，20份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.5份的二辛基锡，10份的2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷，15份的邻苯二甲酸二异癸酯，40份的颜填料，3份的2，4-二羟基二苯甲酮。

其中聚酯多元醇的具体制备方法为：将二元酸和二元醇混合后用氮气置换，然后先升温至140℃～150℃保温1.5小时，然后再升温至180℃～200℃保温1.5小时，最后再升温至220℃～250℃保温2小时，反应期间持续抽真空，带走反应生成的水，反应完毕之后，冷却至室温即可得到聚酯多元醇。

该单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入二辛基锡、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、邻苯二甲酸二异癸酯、颜填料、2，4-二羟基二苯甲酮搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

对比例1

与实施例1的区别在于采用单一的聚酯多元醇且不含有交联剂。

对比例2

与实施例1的区别在于采用单一的聚醚多元醇且不含有交联剂。

对比例3

与实施例1的区别在于不含有交联剂。

将实施例1-5和对照例1-3中制备的的单组分聚氨酯粘结剂采用GB/T7124-2008中的测试方法测试拉伸剪切强度，检测结果如下表所示。

实施例/对比例	拉伸剪切强度/Mpa
		实施例1	7.25
实施例2	7.34
		实施例3	7.38
实施例4	7.28
		实施例5	7.35
对比例1	3.83
		对比例2	3.62
对比例3	3.90

根据上述检测数据可知，采用本申请中限定的配方、配方的用量、以及制备方法制备得到的单组分聚氨酯粘结剂的拉伸剪切强度远高于对比例中的拉伸剪切强度，说明采用本申请的制备方法解决了现有的单组分聚氨酯粘结剂的粘结性不好的问题。

Claims (10)

1.一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：5～15份的芳香族异氰酸酯，1～50份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.02～1的催化剂，2～20份的交联剂，5～30份的增塑剂，10～80份的颜填料，0.1～5份的紫外线吸收剂。

2.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：8～12份的芳香族异氰酸酯，10～30份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.15～0.7的催化剂，5～15份的交联剂，10～20份的增塑剂，30～60份的颜填料，2～4份的紫外线吸收剂。

3.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，按照重量份数计，包括以下组分：10份的芳香族异氰酸酯，20份的聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，0.5份的催化剂，10份的交联剂，15份的增塑剂，40份的颜填料，3份的紫外线吸收剂。

4.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，所述芳香族异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。

5.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇或聚四氢呋喃二醇；所述聚酯多元醇为采用二元酸和二元醇进行酯化反应得到的聚酯多元醇。

6.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，所述催化剂为有机锡催化剂，包括二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，所述交联剂包括过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的任意一种；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二异癸酯中的任意一种；所述紫外线吸收剂包括邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种单组分聚氨酯粘结剂，其特征在于，所述聚酯多元醇与聚醚多元醇按照质量比为1:1的比例混合。

9.一种权利要求1～8任意一项所述的单组分聚氨酯粘结剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：对聚醚多元醇和聚酯多元醇进行减压蒸馏之后按质量比1:1的比例混合，得到聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物；

步骤2：将聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物升温至65℃～75℃后，加入芳香族异氰酸酯进行反应1.5h～2h，得到聚氨酯预聚体；

步骤3：向聚氨酯预聚体中加入催化剂、交联剂、增塑剂、颜填料、紫外线吸收剂搅拌混匀继续反应1h，将反应产物至于真空脱泡机中进行真空脱泡后，即得到单组分聚氨酯粘结剂。

10.一种权利要求1～8任意一项所述的单组分聚氨酯粘结剂的应用，其特征在于，所述单组分聚氨酯粘结剂应用于建筑领域。