CN115160976A - 一种高强度的低密度聚氨酯结构胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度的低密度聚氨酯结构胶及其制备方法，包括体积比为(0.9‑1.0)：1的A组分和B组分；主要选用热处理发泡微球和空心玻璃微球互相配合使用，其制备得的产品密度稳定、粘度适中易于施工，可作为结构胶使用，在干膜和湿膜两种状态下密度基本一样且都符合低密度的要求。

Description

一种高强度的低密度聚氨酯结构胶及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯结构胶技术领域，尤其涉及一种高强度的低密度聚氨酯结构胶及其制备方法。
背景技术
现有聚氨酯胶黏剂实现低密度的主要手段：
1、在配方中加入发泡剂，制备发泡型胶黏剂，其原理是胶黏剂固化的时候由于发泡剂的作用体积变大，从而使密度下降。但有二个缺点：一是发泡剂起作用的时候通常是与胶黏剂固化一起进行的，因此这种方法只有胶黏剂干膜的状态下是超低密度，但湿膜状态下密度是干膜状态的5-10倍；二是对于一些没有预留发泡空间的动力电池包来讲，这种发泡型的胶黏剂并不适用。
2、配方中选择少加或者不加填料从而达到降低密度的目的，但是填料的少加或者不加会导致配方的剪切强度偏低，不能当作结构胶使用。
3、配方中加入大量空心玻璃微球作为填料，因为空心玻璃微珠的真密度在0.1-0.7g/ml，是一种降密度材料。但有几个缺点，一是密度不稳定，如果配方中有大量的空心玻璃微球，在受到一定的压力作用下，空心玻璃微球会破碎，密度会增大；二是空心玻璃微球有明显的增稠、不流挂的效果，大量的使用会影响胶黏剂的施工性。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提出一种高强度的低密度聚氨酯结构胶及其制备方法，本发明主要选用热处理发泡微球和空心玻璃微球互相配合使用，其制备得的产品密度稳定、粘度适中易于施工，可作为结构胶使用。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种高强度的低密度聚氨酯结构胶，包括A组分和B组分；
所述A组分包括：蓖麻油、低分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂、粘接促进预聚物、填料一、空心玻璃微珠、热处理发泡微球、分子筛、金属催化剂、气相二氧化硅触变剂；
所述B组分包括：疏水高活性多异氰酸酯、增塑剂、硅烷偶联剂、填料二、空心玻璃微珠、热处理发泡微球、气相二氧化硅触变剂。
优选地，所述A组分和B组分的体积比为(0.9-1.0)：1。
优选地，所述疏水高活性多异氰酸酯由异氰酸酯和改性聚酯多元醇制成，所述热处理发泡微球由发泡微球加热制成。
优选地，所述扩链剂为1,4丁二醇，所述填料一为氢氧化铝，所述填料二为碳酸钙。
优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为95μm，所述发泡微球的粒径为12μm，所述分子筛的粒径为2-4μm。
优选地，所述A组分包括以下重量份计的组分：蓖麻油25-40、低分子量聚醚多元醇5-10、聚酯多元醇10-15、扩链剂1-10、粘接促进预聚物5-10、填料一10-20、空心玻璃微珠10-20、热处理发泡微球0.5-3、分子筛5-10、金属催化剂0.1-1、气相二氧化硅触变剂1-2。
优选地，所述B组分包括以下重量份计的组分：疏水高活性多异氰酸酯50-70、增塑剂0-5、硅烷偶联剂1-3、填料二5-15、空心玻璃微珠10-20、热处理发泡微球0.5-3、气相二氧化硅触变剂1-3。
本发明还提供了一种高强度的低密度聚氨酯结构胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备热处理发泡微球：在密闭的反应釜中倒入一定量的发泡微球，将反应釜加热到100℃-130℃，缓慢搅拌下持续加热10-20min，再迅速冷却至40℃以下后备用；
(2)制备A混合物：将A组分的蓖麻油、低分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂和粘接促进预聚物加入搅拌釜中，升温至80-100℃，并在真空条件下搅拌脱水1-2h，混合液料的水分确保在500ppm以下，再往搅拌釜中依次加入气相二氧化硅触变剂、制备得的热处理发泡微球、空心玻璃微珠、分子筛和填料一，真空环境下均匀搅拌30-50min，再冷却至40℃以下加入金属催化剂，真空环境下均匀搅拌15-30min制得；
(3)制备疏水高活性多异氰酸酯：将一定量异氰酸酯和改性聚酯多元醇加入到反应釜中，真空加热至60-90℃，并搅拌1-1.5h，控制-NCO含量15-25％，氮气储存冷却后备用；
(4)制备B混合物：将制备得的疏水高活性多异氰酸酯、B组分中的增塑剂、气相二氧化硅触变剂、热处理发泡微球、空心玻璃微珠、硅烷偶联剂和填料二依次加入到搅拌釜中，真空环境下均匀搅拌1.5-2h制得。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的高强度的低密度聚氨酯结构胶主要选用热处理发泡微球和空心玻璃微球互相配合使用，制备得的产品的剪切强度、硬度和本体强度明显变大，其密度稳定、粘度适中易于施工，可作为结构胶使用；在干膜和湿膜两种状态下密度基本一样，且都符合低密度的要求，施工性能良好；与发泡型胶黏剂相比，使用时无需在动力电池包内部预留发泡空间。
附图说明
图1为发泡微球加热后的变化图；
图2为热处理前发泡微球状态图；
图3为热处理后发泡微球状态图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，本发明通过下列实施例进一步说明。显然，下列实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。
在本发明实施例中一种高强度的低密度聚氨酯结构胶，包括体积比为(0.9-1.0)：1的A组分和B组分；
所述A组分包括：蓖麻油、低分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂、粘接促进预聚物、填料一、空心玻璃微珠、热处理发泡微球、分子筛、金属催化剂、气相二氧化硅触变剂；
所述B组分包括：疏水高活性多异氰酸酯、增塑剂、硅烷偶联剂、填料二、空心玻璃微珠、热处理发泡微球、气相二氧化硅触变剂。
其中，所述疏水高活性多异氰酸酯由异氰酸酯和改性聚酯多元醇制成，所述热处理发泡微球由发泡微球加热制成；所述扩链剂为1,4丁二醇，所述填料一为氢氧化铝，所述填料二为碳酸钙。
参照图1-3，发泡微球由一种聚合物壳体和它包裹着的气体组成；当加热时，气体的内压增大，热塑性壳体变软，造成微球的体积惊人地增大，但气体仍在球内。
1、在本发明实施例中，本发明的高强度的低密度聚氨酯结构胶所使用的原材料重量份及相关信息，如下表1所示：
Figure BDA0003770673170000051
表1
2、下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
本发明中A组分的各实施例和各对比例所用的原料配比，配比为重量百分比，如下表2所示：
Figure BDA0003770673170000061
表2
本发明中B组分的各实施例和各对比例所用的原料配比，配比为重量百分比，如下表3所示：
Figure BDA0003770673170000062
表3
根据上述A组分和B组分的原材料重量百分比，按以下制备方法制备样品，其包括以下步骤：
(1)制备热处理发泡微球：在密闭的反应釜中倒入一定量的发泡微球，体积占整个反应釜的1/12，将反应釜加热到130℃，缓慢搅拌下持续加热12min，其搅拌速度为50转/min，再迅速冷却至40℃以下后备用；
(2)制备A混合物：将A组分的蓖麻油、低分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂和粘接促进预聚物加入搅拌釜中，升温至100℃，并在真空条件下搅拌脱水2h，混合液料的水分确保在500ppm以下，再往搅拌釜中依次加入气相二氧化硅触变剂、制备得的热处理发泡微球、空心玻璃微珠、分子筛和填料一，真空环境下均匀搅拌45min，再冷却至40℃以下加入金属催化剂，真空环境下均匀搅拌25min制得；
(3)制备疏水高活性多异氰酸酯：将一定量异氰酸酯和改性聚酯多元醇加入到反应釜中，真空加热至75℃，并搅拌1h，控制-NCO含量21％，氮气储存冷却后备用；
(4)制备B混合物：将制备得的疏水高活性多异氰酸酯、B组分中的增塑剂、气相二氧化硅触变剂、热处理发泡微球、空心玻璃微珠、硅烷偶联剂和填料二依次加入到搅拌釜中，真空环境下均匀搅拌2h制得。
在本发明实施例中，将上述制得的A混合物、B混合物，按照实际体积比为1：1，对应R值为1.14，共同混合组成聚氨酯结构胶；其采用双组分胶枪，使A混合物和B混合物经过静态混合器混合出胶；常温固化：室温168h或者快速固化：80℃4h。
3、将上述各实施例和各对比例制得的A混合物和B混合物进行混合制得聚氨酯结构胶，固化条件为80℃4h，并进行性能测试(吐出量可反映出施工性能：吐出量越小，产品施工效率越低)，其测试项目及实测结果如下表4所示：
Figure BDA0003770673170000071
Figure BDA0003770673170000081
表4
根据上述的测试及测试结果，通过比较A4B4及A5B5可见，热处理发泡微球的降密度效果远比空心玻璃微珠好，且大量使用空心玻璃微珠会使产品加压后密度变化率增大，产品密度不稳定，同时旋转粘度增加、吐出量变小，严重影响了施工性。其次，A5B5中因为没有添加填料，导致剪切强度、硬度和本体强度明显变小，已经不满足结构胶的要求。
通过比较A2B2及A4B4可见，当热处理发泡微球用量超过一定的数值时，会使产品的剪切强度和本体强度明显降低，因此需要热处理发泡微球和玻璃微球互相配合使用。
在本发明实施例A1B1、A2B2及A3B3中，其通过调节热处理发泡微球和玻璃微球的配合比例，可制出不同密度的结构胶，满足不同的密度需求。
综上所述，本发明主要选用热处理发泡微球和空心玻璃微球互相配合使用，制备得的聚氨酯结构胶的剪切强度、硬度和本体强度明显变大，其密度稳定、粘度适中易于施工，可作为结构胶使用；在干膜和湿膜两种状态下密度基本一样，且都符合低密度的要求；与发泡型胶黏剂相比，使用时无需在动力电池包内部预留发泡空间。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，包括A组分和B组分；
所述A组分包括：蓖麻油、低分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂、粘接促进预聚物、填料一、空心玻璃微珠、热处理发泡微球、分子筛、金属催化剂、气相二氧化硅触变剂；
所述B组分包括：疏水高活性多异氰酸酯、增塑剂、硅烷偶联剂、填料二、空心玻璃微珠、热处理发泡微球、气相二氧化硅触变剂。
2.根据权利要求1所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，所述A组分和B组分的体积比为(0.9-1.0)：1。
3.根据权利要求1所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，所述疏水高活性多异氰酸酯由异氰酸酯和改性聚酯多元醇制成，所述热处理发泡微球由发泡微球加热制成。
4.根据权利要求1所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，所述扩链剂为1,4丁二醇，所述填料一为氢氧化铝，所述填料二为碳酸钙。
5.根据权利要求1所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径为95μm，所述发泡微球的粒径为12μm，所述分子筛的粒径为2-4μm。
6.根据权利要求1所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，所述A组分包括以下重量份计的组分：蓖麻油25-40、低分子量聚醚多元醇5-10、聚酯多元醇10-15、扩链剂1-10、粘接促进预聚物5-10、填料一10-20、空心玻璃微珠10-20、热处理发泡微球0.5-3、分子筛5-10、金属催化剂0.1-1、气相二氧化硅触变剂1-2。
7.根据权利要求1所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶，其特征在于，所述B组分包括以下重量份计的组分：疏水高活性多异氰酸酯50-70、增塑剂0-5、硅烷偶联剂1-3、填料二5-15、空心玻璃微珠10-20、热处理发泡微球0.5-3、气相二氧化硅触变剂1-3。
8.根据权利要求1-7所述的高强度的低密度聚氨酯结构胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备热处理发泡微球：在密闭的反应釜中倒入一定量的发泡微球，将反应釜加热到100℃-130℃，缓慢搅拌下持续加热10-20min，再迅速冷却至40℃以下后备用；
(2)制备A混合物：将A组分的蓖麻油、低分子量聚醚多元醇、聚酯多元醇、扩链剂和粘接促进预聚物加入搅拌釜中，升温至80-100℃，并在真空条件下搅拌脱水1-2h，混合液料的水分确保在500ppm以下，再往搅拌釜中依次加入气相二氧化硅触变剂、制备得的热处理发泡微球、空心玻璃微珠、分子筛和填料一，真空环境下均匀搅拌30-50min，再冷却至40℃以下加入金属催化剂，真空环境下均匀搅拌15-30min制得；
(3)制备疏水高活性多异氰酸酯：将一定量异氰酸酯和改性聚酯多元醇加入到反应釜中，真空加热至60-90℃，并搅拌1-1.5h，控制-NCO含量15-25％，氮气储存冷却后备用；
(4)制备B混合物：将制备得的疏水高活性多异氰酸酯、B组分中的增塑剂、气相二氧化硅触变剂、热处理发泡微球、空心玻璃微珠、硅烷偶联剂和填料二依次加入到搅拌釜中，真空环境下均匀搅拌1.5-2h制得。
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