CN115637128A - 一种快速固化的聚氨酯胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速固化的聚氨酯胶粘剂包括组分A和组分B，所述组分A与组分B按照质量比1:1混合，其中，组分A包括以下重量份数的组分：聚醚多元醇30‑50份、感磁型填料30‑60份、热敏延迟催化剂1‑5份、无机填料5‑15份；组分B包括以下重量份数的组分：异氰酸酯10‑60份、除水剂1‑5份、无机填料20‑40份、硅烷偶联剂1‑5份；本发明制备出的聚氨酯胶粘剂采用感磁型填料与热敏延迟催化剂搭配的方式，室温下产品有较长的操作时间，通过高频电磁作用胶水快速、均匀升温，进而可以实现胶水的快速固化，能量消耗也保持在较低水平，固化时间明显短于常规的热固化。

Description

一种快速固化的聚氨酯胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯胶粘剂领域，具体是涉及一种快速固化的聚氨酯胶粘剂及其制备方法。

背景技术

随着工业的不断发展，传统的机械固定诸如螺钉、柳丁、焊件等无法满足轻量化、环保、美观等方面的要求。结构胶具有操作简单、固化后强度高等优点，成为了许多制造商的理想选择。用于结构粘接的胶粘剂主要分为以下几类：

丙烯酸结构胶，室温可以实现快速固化，固化后具有较高的强度，粘接基材广泛，可进行不同材质间的自粘与互粘，因原料中含有甲基丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯，固化过程伴有刺激性气味及VOC排出，固化过程放热，固化后收缩率较大不适用于大面积应用。环氧结构胶，一般需加热才能实现胶水固化，固化后具有较高的强度，一般应用于刚性结构粘接。胶水固化后强度及硬度均较高，胶水韧性较差，抗震动效果不佳，粘接时易导致基材被破坏，不适用于车窗等脆性材料粘接。聚氨酯结构胶是一种性能卓越的环保型粘接剂，固化后胶水性能稳定，能适应不同基材间的粘接需求，同时具有较好的韧性及粘接强度，非常适用于汽车工业尤其室车窗玻璃的粘接。聚氨酯胶粘剂使用工艺简单、粘接稳定性强，在新型汽车工业中有着十分广泛的应用。

传统热固型胶粘剂需配合电热箱或烘道使用，热传导过程胶水温度由外至内呈梯度升高，胶水整体受热不均匀，固化时间很长，且伴随大量热量损失，因此需要制备出一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，使其常温下有较长的操作时间，在高频电磁的条件下胶水能迅速升温激发固化剂热敏活性进而实现胶水的快速固化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速固化的聚氨酯胶粘剂及其制备方法，使其常温下有较长的操作时间，在高频电磁的条件下胶水能迅速升温激发固化剂热敏活性进而实现胶水的快速固化。

为实现上述目的，本发明的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂及其制备方法的具体技术方案如下：

一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，包括组分A和组分B，所述组分A与组分B 按照质量比1:1混合，其中，

组分A包括以下重量份数的组分：聚醚多元醇30-50份、感磁型填料30-60 份、热敏延迟催化剂1-5份、无机填料5-15份；

组分B包括以下重量份数的组分：异氰酸酯10-60份、除水剂1-5份、无机填料20-40份、硅烷偶联剂1-5份。

进一步，所述组分A中聚醚多元醇，官能度为2-4，平均分子量为300-18000。

进一步，所述组分A中感磁型填料为纳米铁粉、钡铁氧体、锶铁氧体、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体中至少两种或两种以上组合，粒径在5nm-100nm 之间。

进一步，所述组分A中热敏延迟催化剂为DBU辛酸盐、DBU苯酚盐、DBU对苯磺酸盐、DBU甲酸盐及DBU邻苯二甲酸盐中的一种或几种的组合。

进一步，所述组分A中无机填料为碳酸钙、硅微粉、有机膨润土中的一种或几种的组合，粒径在0.5-50μm之间，所述无机填料采用多种粒径按照一定比例复配，形态为无定形或球形。

进一步，所述组分B中异氰酸酯的结构中至少有两个异氰酸根，25℃时粘度为100-3000mpa·s，异氰酸根含量10％-40％，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的组合。

进一步，所述组分B中除水剂为对甲苯磺酰异氰酸酯、原甲酸三乙酯、3- 乙基-2甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷中的一种或几种的组合。

进一步，所述组分B中无机填料为碳酸钙、硅微粉、二氧化硅和钛白粉中至少一种或几种的组合，粒径在0.5-50μm之间。所述无机填料采用多种粒径按照一定的比例复配，形态为无定形或球形。

进一步，所述组分B中硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合。

一种快速固化的聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备组分A：将一定份数的聚醚多元醇、感磁型填料、无机填料在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入热敏延迟催化剂，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将一定份数的异氰酸酯、除水剂、无机填料在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入硅烷偶联剂组分，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

本发明的有益效果：

1.本发明制备出的聚氨酯胶粘剂采用感磁型填料与热敏延迟催化剂搭配的方式，室温下胶水可以保持超过10min的操作时间，具有良好的工艺施工性，当通过高频电磁作用时，在感磁性填料作用下，胶粘剂快速、均匀升温，热敏型催化剂活性得到激发，进而实现胶粘剂4min内完成快速固化，相较于烘箱加热超过10min进行固化的传统胶粘剂，胶粘剂使用效率得到明显提高。由于电磁加热的高转化率的特点，在电磁加热方式下，胶粘剂固化时能量消耗不超过15W·h即可完成，相较于传统烘箱加热方式，胶粘剂则需要超过300W·h以上才可以完成固化，能量消耗得到大幅改善。

具体实施方式：

下面结合具体实例对本发明进一步说明，但下述实施例并不能用于限制本发明的技术方案。

对比例1：

(1)制备组分A：将35份的聚醚多元醇、25份的钡铁氧体、25份的纳米铁粉、15份的碳酸钙在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的二月桂酸二丁基锡，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将60份的异佛尔酮二异氰酸酯、5份的对甲苯磺酰异氰酸酯、30份的硅微粉在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的乙烯基三甲氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

对比例2：

(1)制备组分A：将38份的聚醚多元醇、25份的钡铁氧体、25份的锶铁氧体、10份的碳酸钙在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入2份的二月桂酸二丁基锡，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将50份的六亚甲基二异氰酸酯、5份的对甲苯磺酰异氰酸酯、40份的碳酸钙在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的乙烯基三乙氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

对比例3：

(1)制备组分A：将35份的聚醚多元醇、25份的锰锌铁氧体、25份的纳米铁粉、10份的碳酸钙在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的DBU辛酸盐，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将57份的异佛尔酮二异氰酸酯、3份的3-乙基-2甲基 -2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷、30份的钛白粉在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入4份的乙烯基三甲氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

实施例1：

(1)制备组分A：将45份的聚醚多元醇、15份的镍锌铁氧体、15份的镁锌铁氧体、15份的碳酸钙在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的DBU苯酚盐，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将60份的异佛尔酮二异氰酸酯、5份的原甲酸三乙酯、 30份的硅微粉在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa 的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

实施例2：

(1)制备组分A：将47份的聚醚多元醇、20份的纳米铁粉、20份的镍锌铁氧体、13份的有机膨润土在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa 的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的DBU邻苯二甲酸盐，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将57份的六亚甲基二异氰酸酯、3份的原甲酸三乙酯、 35份的二氧化硅在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的乙烯基三甲氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

实施例3

(1)制备组分A：将45份的聚醚多元醇、25份的钡铁氧体、25份的纳米铁粉、15份的碳酸钙在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的DBU辛酸盐，在真空度大于 0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将70份的二苯基甲烷二异氰酸酯、5份的对甲苯磺酰异氰酸酯、20份的二氧化硅在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的乙烯基三甲氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa 的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

实施例4

(1)制备组分A：将50份的聚醚多元醇、30份的锰锌铁氧体、30份的镁锌铁氧体、10份的硅微粉在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的DBU甲酸盐，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将60份的异佛尔酮二异氰酸酯、5份的3-乙基-2甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷、30份的硅微粉在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入5份的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。

将对比例1、对比例2、对比例3、实施例1、实施例2、实施例3、实施例 4中制备的产品，分别在高频电磁加热(200w)、电热鼓风干燥箱(2000w)及 23℃常温条件下进行固化时间测试，具体测试数据见表1。

如表1所示，测试结果表明，在对比例1及对比例2中分别添加不同分数的二月桂酸二丁基锡催化剂，对比例3中加入热敏型催化剂DBU辛酸盐。结果表明，对比例1、对比例3相较于对比例2加热固化方面均具有较好的表现，但在23℃室温条件下，对比例1操作时间相较于对比例2和对比例3明显较短，不利于胶水的现场操作使用。对比例3相较于对比例和对比例2，胶水在具有较好热固化表现的同时，仍可以保持较好的操作时间(操作时间即为开始混合至胶水表面不发粘之间的时间)，具有良好的工艺操作性能，但是固化时间也相对较长。但因采用传统烘箱加热方式，对比例3中能量消耗仍处于偏高水平。

在实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中分别添加了四种不同比例的感磁型填料，感磁型填料与热敏延迟催化剂搭配，室温条件下，均可以保持更长的操作时间，在高频电磁的条件下胶水迅速升温激发固化剂热敏活性，促进聚氨酯与多元醇间反应，进而实现胶水的快速固化，固化时间大大缩短，进一步，得益于电磁加热方式的高效性的特点，在实施例1、实施例2、实施例3和实施例 4进行电磁加热固化时，能量消耗也保持在较低水平。

表1。

Claims (10)

1.一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，包括组分A和组分B，所述组分A与组分B按照质量比1:1混合，其中，

组分A包括以下重量份数的组分：聚醚多元醇30-50份、感磁型填料30-60份、热敏延迟催化剂1-5份、无机填料5-15份；

组分B包括以下重量份数的组分：异氰酸酯10-60份、除水剂1-5份、无机填料20-40份、硅烷偶联剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分A中聚醚多元醇，官能度为2-4，平均分子量为300-18000。

3.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分A中感磁型填料为纳米铁粉、钡铁氧体、锶铁氧体、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体中至少两种或两种以上组合，粒径在5nm-100nm之间。

4.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分A中热敏延迟催化剂为DBU辛酸盐、DBU苯酚盐、DBU对苯磺酸盐、DBU甲酸盐及DBU邻苯二甲酸盐中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分A中无机填料为碳酸钙、硅微粉、有机膨润土中的一种或几种的组合，粒径在0.5-50μm之间，所述无机填料采用多种粒径按照一定比例复配，形态为无定形或球形。

6.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分B中异氰酸酯的结构中至少有两个异氰酸根，25℃时粘度为100-3000mpa·s，异氰酸根含量10％-40％，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分B中除水剂为对甲苯磺酰异氰酸酯、原甲酸三乙酯、3-乙基-2甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷中的一种或几种的组合。

8.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分B中无机填料为碳酸钙、硅微粉、二氧化硅和钛白粉中至少一种或几种的组合，粒径在0.5-50μm之间。所述无机填料采用多种粒径按照一定的比例复配，形态为无定形或球形。

9.根据权利要求1所述的一种快速固化的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分B中硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合。

10.一种如权利要求1-9任一项所述快速固化的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备组分A：将一定份数的聚醚多元醇、感磁型填料、无机填料在氮气保护下加入搅拌釜，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入热敏延迟催化剂，在真空度大于0.095MPa的条件下继续搅拌30min，最后可制得组分A。

(2)制备组分B：将一定份数的异氰酸酯、除水剂、无机填料在真空条件大于0.095MPa的条件下，搅拌60min进行混合分散，氮气保护下加入硅烷偶联剂组分，在真空度大于0.095MPa的条件下搅拌30min，最后可制得组分B。

(3)将制备出的组分A和组分B在常温下按照质量比1:1混合，制备得到快速固化的聚氨酯胶粘剂。