CN115322727A - 一种高强度双组份聚氨酯结构胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及胶粘剂制备领域，特别涉及一种双组份聚氨酯胶粘剂及其制备方法，包括A组份和B组份，所述A组份和B组份的质量比为1:1.15～1.25；其中，所述A组份包括以下原料：蓖麻油、聚酯多元醇、聚醚多元醇、扩链剂、增塑剂、催化剂、偶联剂、密着剂、干燥剂和气相二氧化硅；B组份包括以下原料：聚氨酯预聚体、异氰酸酯、气相二氧化硅和填料。本发明具有较高的强度和较好的触变性，对塑料类基材具有较好的粘接强度。
Description
技术领域
本发明涉及胶黏剂应用领域，特别涉及一种高强度双组份聚氨酯结构胶及其制备方法。
背景技术
现今汽车内外饰件多采用PET、PP、ABS、SMC等各种塑料类基材制造，胶黏剂在饰件与车身主体粘接过程中起主要作用，然而与金属类基材相比，塑料基材表面活性能低，难以与胶黏剂之间形成高强度牢固粘接，并且聚氨酯类胶黏剂初粘力低，粘接初期强度不佳，使用前往往需对基材进行活性化处理，两者结合更是加剧了车辆饰件粘接工艺的繁琐程度，一定程度上也导致制造成本偏高。
专利CN105602514B公开了一种双组份高触变性的聚氨酯胶粘剂，旨在解决立面或垂直面施胶时流淌性问题，但该胶黏剂使用时仍需提前对基材进行表面处理，对塑料基材粘接效果较差，未能解决工艺繁琐这一难点。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明提供一种双组份、适用于各种塑料类基材粘接、无需对基材进行活性化处理、粘结强度高的高强度双组份聚氨酯结构胶及其制备方法。
为解决此技术问题，本发明采取以下方案：一种高强度双组份聚氨酯结构胶，由A组份和B组份按质量比为100:115～125组成，分别包括以下按质量份数比的各原材料组份：
A组分：
蓖麻油 200-300份
聚酯多元醇 100-150份
聚醚多元醇 200-300份
扩链剂 10-100份
增塑剂 10-100份
催化剂 1-5份
偶联剂 1-10份
密着剂 10-30份
干燥剂 50-150份
气相二氧化硅 10-100份，
B组分：
聚氨酯预聚体 300-400份
异氰酸酯 150-200份
气相二氧化硅 10-50份
填料 100-500份。
进一步的，所述蓖麻油为一级精炼蓖麻油，其羟值为160-170mg KOH/g，皂化值为170-190mg KOH/g。
进一步的，所述聚酯多元醇羟值为55-65mg KOH/g的一种或数种混合，所述聚醚多元醇为羟值为270-290mg KOH/g的一种或数种与羟值为485-490mg KOH/g的一种或数种的混合。
进一步的，所述扩链剂为对二邻氯苯胺甲烷，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
进一步的，所述催化剂为有机金属催化剂和胺类催化剂的一种或几种混合。
进一步的，所述偶联剂为环氧丙氧丙基硅烷的一种或几种混合，所述密着剂为一种或几种环氧基改性硅烷共聚物的混合。
进一步的，所述干燥剂为活性分子筛，其颗粒大小应在2～4μm；所述气相二氧化硅为疏水性气相二氧化硅。
进一步的，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚甲基多苯基异氰酸酯的一种或几种混合。
进一步的，所述填料为碳酸钙、钛白粉、重晶石、滑石粉和玻璃微珠的一种或几种。
制备上述任意一种高强度双组份聚氨酯结构胶的方法，包括以下工艺步骤：
A组份：
（1）按比例将蓖麻油、聚酯多元醇、聚醚多元醇、扩链剂与增塑剂混合加热，去除水分得到原料混合物；
（2）向混合物中加入催化剂、偶联剂、密着剂、干燥剂和气相二氧化硅得到A组份；
B组份：
（1）按比例将聚酯多元醇、聚醚多元醇与增塑剂混合加热，去除水分后与异氰酸酯混合加热反应，得到聚氨酯预聚体；
（2）向预聚体中加入异氰酸酯、气相二氧化硅和填料，混合均匀后得到B组份。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：通过将A组份和B组份两组分混合形成聚氨酯结构胶，本发明的聚氨酯结构胶由蓖麻油和多元醇提供的羟基官能团与由端异氰酸根预聚体和异氰酸酯提供的异氰酸根官能团含量相近，两者按照1:1比例进行反应形成聚氨基甲酸酯分子，由密着剂和偶联剂两种中含有的环氧基团改性硅烷共聚物反应生成的硅羟基和开环后的环氧基使其分别与基材和胶水反应键合，进而使得胶水和基材的双向反应改善胶水的粘接效果和粘接强度并且具有高粘接强度、高韧性、高附着力、抗冲击，引入扩链剂使得聚氨酯分子在空间内堆叠时的交联程度进一步上升，在一定程度上提高了胶水本身的强度，此外本发明聚氨酯结构胶胶水中含有的疏水性气相二氧化硅利用其低粒径、高表面能的特点促进了体系内部氢键的形成，从而达到改善胶水触变性的目的，使得本发明的聚氨酯结构胶胶水初粘力形成快速，使用便捷，并且简化了工艺流程，无需对基材进行活性化处理，即可实现高强度快速粘接，可广泛用于机动车车身复合材料零部件等多种塑料类基材粘接。
具体实施方式
现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1：
A组分：
蓖麻油 240份
聚酯多元醇 130份
聚醚多元醇 300份
对二邻氯苯胺甲烷 60份
邻苯二甲酸二丁酯 60份
胺类催化剂 4份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷 6份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基硅烷低聚物 25份
活性分子筛 100份
疏水性气相二氧化硅 75份；
B组分：
聚氨酯预聚体 365份
异氰酸酯 200份
疏水性气相二氧化硅 25份
填料（碳酸钙、钛白粉、重晶石的混合物） 410份。
制备上述高强度双组份聚氨酯结构胶的方法，包括以下工艺步骤：
A组份：
（1）按比例将蓖麻油、聚酯多元醇、聚醚多元醇、对二邻氯苯胺甲烷与邻苯二甲酸二丁酯混合加热，去除水分得到原料混合物；
（2）向混合物中加入胺类催化剂、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基硅烷低聚物、活性分子筛和疏水性气相二氧化硅得到A组份；
B组份：
（1）按比例将聚酯多元醇、聚醚多元醇与增塑剂混合加热，去除水分后与异氰酸酯混合加热反应，得到聚氨酯预聚体；
（2）向预聚体中加入异氰酸酯、疏水性气相二氧化硅和填料，混合均匀后得到B组份。
制备完成使用时A组份和B组份按照100：115的质量比混合即可。
实施例2：
A组分：
蓖麻油 260份
聚酯多元醇 130份
聚醚多元醇 280份
对二邻氯苯胺甲烷 60份
邻苯二甲酸二丁酯 60份
胺类催化剂 4份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷 6份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基硅烷低聚物 25份
活性分子筛 100份
疏水性气相二氧化硅 75份；
B组分：
聚氨酯预聚体 365份
异氰酸酯 200份
疏水性气相二氧化硅 25份
填料（碳酸钙、钛白粉、重晶石的混合物） 410份。
制备方法与实施例1相同。
实施例3：
A组分：
蓖麻油 280份
聚酯多元醇 130份
聚醚多元醇 260份
对二邻氯苯胺甲烷 60份
邻苯二甲酸二丁酯 60份
胺类催化剂 4份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷 6份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基硅烷低聚物 25份
活性分子筛 100份
疏水性气相二氧化硅 75份；
B组分：
聚氨酯预聚体 365份
异氰酸酯 200份
疏水性气相二氧化硅 25份
填料（碳酸钙、钛白粉、重晶石的混合物） 410份。
制备方法与实施例1相同。
对比例1
与实施例主要不同在于，体系中没有使用扩链剂和密着剂
A组分：
蓖麻油 300份
聚酯多元醇 150份
聚醚多元醇 280份
邻苯二甲酸二丁酯 60份
胺类催化剂 4份
3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷 6份
活性分子筛 75份
疏水性气相二氧化硅 75份
填料（碳酸钙、钛白粉、重晶石的混合物） 50份；
B组分：
聚氨酯预聚体 365份
异氰酸酯 240份
气相二氧化硅 25份
填料（碳酸钙、钛白粉、重晶石的混合物） 370份。
上述实施例与对比例均按照本发明工艺步骤进行制备，制得成品胶按照GB/T7124规范粘接SMC基材和ABS基材进行性能测试，制得样件在温度23±2℃条件下固化168h后，按照GB/T 7124规范进行拉伸剪切强度测试，SMC基材和ABS基材对比数据分别如表1、表2所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 平均拉伸剪切强度(MPa) | 5.76 | 6.33 | 6.05 | 3.61 |
| 胶层破坏形式 | 粘接面破材 | 粘接面破材 | 粘接面破材 | 界面破坏 |
表1 SMC基材粘接对比
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 平均拉伸剪切强度(MPa) | 6.83 | 7.13 | 7.36 | 2.68 |
| 胶层破坏形式 | 界面破坏 | 界面破坏 | 界面破坏 | 界面破坏 |
表2 ABS基材粘接对比
如上表所示，通过添加密着剂和扩链剂，有效增加了胶层与粘接基材的附着力，使得在直接粘接SMC基材时达到基材破坏的粘接强度，显著优于对比例效果，且对胶层与ABS基材的粘接同样有着积极作用。
本发明中A组份和B组份按质量比以100:115～125比例为佳，A组份和B组份的各原料的重量份数比以以下配比为宜：
A组分：蓖麻油200-300份，聚酯多元醇100-150份，聚醚多元醇200-300份，扩链剂10-100份，增塑剂10-100份，催化剂1-5份，偶联剂1-10份，密着剂10-30份，干燥剂50-150份，气相二氧化硅10-100份；
B组分：聚氨酯预聚体300-400份，异氰酸酯150-200份，气相二氧化硅10-50份，填料100-500份。
其中蓖麻油以一级精炼蓖麻油为佳，其羟值为160-170mg KOH/g，皂化值为170-190mg KOH/g；聚酯多元醇羟值以55-65mg KOH/g的一种或数种混合为佳；聚醚多元醇以羟值为270-290mg KOH/g的一种或数种与羟值为485-490mg KOH/g的一种或数种的混合为佳；催化剂为有机金属催化剂和胺类催化剂的一种或几种混合为佳；偶联剂以环氧丙氧丙基硅烷的一种或几种混合为佳；密着剂以一种或数种环氧基改性硅烷共聚物混合为佳；干燥剂为活性分子筛，其颗粒大小应在2～4μm；气相二氧化硅以疏水性气相二氧化硅为佳；所述异氰酸酯以二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚甲基多苯基异氰酸酯的一种或几种混合为佳；填料为碳酸钙、钛白粉、重晶石、滑石粉和玻璃微珠的一种或几种为佳。
尽管结合实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：由A组份和B组份按质量比为100:115～125组成，分别包括以下按质量份数比的各原材料组份：
A组分：
蓖麻油 200-300份
聚酯多元醇 100-150份
聚醚多元醇 200-300份
扩链剂 10-100份
增塑剂 10-100份
催化剂 1-5份
偶联剂 1-10份
密着剂 10-30份
干燥剂 50-150份
气相二氧化硅 10-100份，
B组分：
聚氨酯预聚体 300-400份
异氰酸酯 150-200份
气相二氧化硅 10-50份
填料 100-500份。
2.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述蓖麻油为精炼蓖麻油，其羟值为160-170mg KOH/g。
3.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述聚酯多元醇羟值为55-65mg KOH/g的一种或数种混合，所述聚醚多元醇为羟值为270-290mg KOH/g的一种或数种与羟值为485-490mg KOH/g的一种或数种的混合。
4.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述扩链剂为对二邻氯苯胺甲烷，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
5.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述催化剂为有机金属催化剂和胺类催化剂的一种或几种混合。
6.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述偶联剂为环氧丙氧丙基硅烷的一种或几种混合，所述密着剂为一种或数种环氧基改性硅烷共聚物混合。
7.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述干燥剂为活性分子筛，其颗粒大小应在2～4μm；所述气相二氧化硅为疏水性气相二氧化硅。
8.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚甲基多苯基异氰酸酯的一种或几种混合。
9.根据权利要求1所述的高强度双组份聚氨酯结构胶，其特征在于：所述填料为碳酸钙、钛白粉、重晶石、滑石粉和玻璃微珠的一种或几种。
10.一种制备上述权利要求1-10任一权利要求所述的高强度双组份聚氨酯结构胶的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A组份：
（1）按比例将蓖麻油、聚酯多元醇、聚醚多元醇、扩链剂与增塑剂混合加热，去除水分得到原料混合物；
（2）向混合物中加入催化剂、偶联剂、密着剂、干燥剂和气相二氧化硅，混合搅拌均匀得到A组份；
B组份：
（1）按比例将聚酯多元醇、聚醚多元醇与增塑剂混合加热，去除水分后与异氰酸酯混合加热反应，得到聚氨酯预聚体；
（2）向预聚体中加入异氰酸酯、气相二氧化硅和填料，混合均匀后得到B组份。
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