CN116285844B - 一种高弹聚氨酯热熔胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及黏合剂技术领域,具体公开了一种高弹聚氨酯热熔胶及其制备方法。所述高弹聚氨酯热熔胶的制备是通过首先合成有机金属配体催化剂,再在二氧化碳的作用下合成二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;该多元醇与二异氰酸酯、有机金属催化剂预聚后,加入扩链剂共混、挤出造粒。二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇的制备可以充分利用温室气体CO2,降低污染,减少能耗。本发明所制备的聚氨酯热熔胶弹性好、韧性佳,且具有优异的粘结强度。
Description
技术领域
本发明涉及黏合剂技术领域,尤其涉及一种高弹聚氨酯热熔胶及其制备方法。
背景技术
聚氨酯是一种具有广泛用途的合成材料,可以应用于泡沫塑料、纤维、弹性体、合成革、涂料、胶黏剂、铺装材料和医用材料等各个领域。传统的聚氨酯是由聚醚多元醇或聚酯多元醇与多异氰酸酯和小分子扩链剂反应制备的,聚醚型聚氨酯耐的热氧性能和力学性能较差,聚酯型聚氨酯耐水解性能不足。而以聚碳酸酯多元醇为原料制备的聚氨酯具有优良的力学性能、耐水解性能和化学稳定性甚至生物降解性等,因此备受关注。目前,聚碳酸酯多元醇的生产方法有光气法、环状碳酸酯开环聚合法、酯交换法以及CO2与环氧化物调节共聚法。前两种方法生产过程污染较重,酯交换法能耗较高且制备过程需脱除副产物,而CO2与环氧化物共聚制备CO2基聚碳酸酯多元醇或聚碳酸酯-聚醚多元醇不仅可充分利用温室气体CO2,而且能耗低,应用前景广,工业价值高。
由于交替结构的聚碳酸酯型多元醇的结构比较规整,分子内聚力较大,因此其聚氨酯制品Tg较高、硬度高、拉伸强度大,但断裂伸长率低。即使在较高温度下,交替结构的聚碳酸酯多元醇的黏度仍然较大,和其余组分互溶性差,且价格较高,通常用以制备特种PU材料。二氧化碳多元醇可由CO2和环氧化物在双金属催化剂(DMC)作用下共聚制备,其分子链结构是碳酸酯和醚键重复结构单元的组合,是一种聚碳酸酯-聚醚多元醇,通常醚结构单元的含量大于碳酸酯结构单元含量。因此聚碳酸酯-聚醚多元醇可以看作引入碳酸酯结构改性的聚醚多元醇,兼备了聚醚多元醇和聚碳酸酯多元醇的优点。由于碳酸酯结构单元的内聚能较大,分子链刚性较强,因此聚碳酸酯-聚醚多元醇型聚氨酯的性能要优于聚醚多元醇,同时具有较低的黏度,与其它组分良好的互溶性等有利于生产和使用等优点。
中国专利201610093245.2提供了一种水性聚氨酯、制备方法及水性聚氨酯胶粘剂,属于聚氨酯胶粘剂及其制备领域。解决现有的合成聚氨酯的方法使用大量二异氰酸酯导致硬段含量过高,得到的聚氨酯非常脆的问题。该发明首先提供一种水性聚氨酯具有式(I)所示的结构,该发明还提供一种水性聚氨酯的制备方法。该发明还提供以上述水性聚氨酯为基体树脂为原料制备得到的水性聚氨酯胶粘剂,该水性聚氨酯胶粘剂的胶膜的剥离力为255N/cm~310N/cm,经过4个循环的高低温冲击、湿热测试后,胶膜没有任何翘边和开胶,剥离力为190N/cm~260N/cm。
中国专利201811516532.5公开了一种单组份反应型聚氨酯热熔胶,其原料组成包括聚氨酯预聚体、扩链剂、增粘树脂、潜固化剂、填料,所述聚氨酯预聚体由分子量为500~3000的聚多元醇、多异氰酸酯和催化剂聚合而成;原料组成还包括增塑剂,所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和/或二苯甲酸二乙二醇酯。该发明单组份反应型聚氨酯热熔胶的组分中通过加入增塑剂,增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和/或二苯甲酸二乙二醇酯,上述两种物质对于聚氨酯的增塑效率高、挥发性低,并且具有良好的低温柔软性,增塑剂的加入使聚合物高分子链间的相互作用减弱,提高聚氨酯热熔胶的提高聚合物材料的弹性和柔顺性,改善热熔胶的耐高低温性能。
为了提升聚氨酯的弹性可以在其分子结构中加入弹性链段或者在制备时加入弹性体、增塑剂、韧性剂等提高热熔胶的弹性。然而,弹性链段作为软段当含量过大时势必也会影响热熔胶的粘结性能,并且增塑剂等的加入也会提升污染环境的风险。因此,开发出一种绿色环保、高弹的聚氨酯热熔胶及其制备方法十分重要。
发明内容
有鉴于现有技术中的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种种绿色环保、高弹的聚氨酯热熔胶及其制备方法。
在本发明中,发明人制备了一种有机金属配体催化剂,用于生产高弹的聚氨酯热熔胶,以聚环己烯碳酸盐为硬段,内酯聚合物为软段,聚环己烯碳酸盐的刚性结构加上其高玻璃化温度,使所得聚氨酯具有高拉伸模量。而内酯聚合物由于其无定形结构、低玻璃化温度和相对较低的摩尔质量作为软段能够很好地增强聚氨酯的韧性。本发明所制备的有机金属配体催化剂,其能够与醇原位反应形成金属-醇氧化物引发剂,由于芳基上的活性位点更多,因此只需要更少量醇即可发生有效的催化,在该催化剂的催化作用下,一步即可制备得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇。内酯开环聚合为聚氨酯提供了处于中心的软段,加入二氧化碳后聚环己烯碳酸盐作为硬段与软段连接起来,这种新的催化剂提高了反应速度,最大限度地提高了聚合物的摩尔质量,并能够有效控制其结构,从而得到了高弹的聚氨酯的关键原料。二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇的制备可以充分利用温室气体CO2,减少不可再生资源的使用,降低污染,减少能耗。自制的有机金属配体催化剂成功地降低了金属化合物的使用,绿色环保。本发明所制备的聚氨酯热熔胶弹性好、韧性佳,且具有优异的粘结强度。
本发明的技术方案:
一种高弹聚氨酯热熔胶的制备方法,包括如下步骤:
S1将5-甲基异苯二醛、5-溴-2-羟基-1,3-苯二羧醛加入到甲醇中,在氩气氛围下加入催化剂、1,3-丙二胺,加热至60~90℃下搅拌20~40h,降至室温后将混合液过滤,滤液再加入二氯甲烷萃取,分液,有机相干燥减压浓缩得到苯酚胺配合物;
S2将步骤S1中的苯酚胺配合物加入到四氢呋喃中,再向其中加入二(五氟苯基)锌的四氢呋喃溶液,在室温下搅拌12~24h后减压浓缩至干,残余物经正戊烷洗涤后离心,下层沉淀干燥后得到有机金属配体催化剂;
S3将步骤S2中的有机金属配体催化剂、1,2-环氧环己烷、环己烷-1,1-二醇、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮加入到甲苯中,氮气氛围下加热至60~90℃,持续10~30min后向其中通入二氧化碳加压至10~20bar,继续在60~90℃下反应12~34h,反应结束后降温至30~40℃,再将二氧化碳排出释放,反应液过滤后滤液经浓缩得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;
S4将二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇加热到40~60℃后加热二异氰酸酯和有机金属催化剂,加热至80~100℃反应4~6h,得到预聚体,将扩链剂加入到预聚体中反应30~60min后高速混合、挤出造粒得到高弹聚氨酯热熔胶。
进一步的,所述步骤S1中5-甲基异苯二醛、5-溴-2-羟基-1,3-苯二羧醛的质量比为1:1.0~1.3。
进一步的,所述催化剂包括硝酸铅、乙酸铅;其中5-甲基异苯二醛、硝酸铅、乙酸铅、1,3-丙二胺的质量比为1:0.1~0.2:0.02~0.04:0.8~1.2。
进一步的,所述步骤S2中苯酚胺配合物与二(五氟苯基)锌的质量比为1:1.0~1.5。
进一步的,所述有机金属配体催化剂、1,2-环氧环己烷、环己烷-1,1-二醇、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮的质量比为1:300~600:2~6:600~1000。
进一步的,所述二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇、二异氰酸酯、有机金属催化剂、扩链剂的质量比为100~300:40~100:1:20~50。
进一步的,所述述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮异氰酸酯中的至少一种。
进一步的,所述有机金属催化剂为辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的至少一种。
进一步的,所述扩链剂为乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、丙二醇中的至少一种。
本发明还提供了一种高弹聚氨酯热熔胶,由上述方法制备而成。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
(1)在本发明中,发明人制备了一种有机金属配体催化剂,用于生产高弹的聚氨酯热熔胶,以聚环己烯碳酸盐为硬段,内酯聚合物为软段,聚环己烯碳酸盐的刚性结构加上其高玻璃化温度,使所得聚氨酯具有高拉伸模量;
(2)本发明所制备的有机金属配体催化剂,其能够与醇原位反应形成金属-醇氧化物引发剂,由于芳基上的活性位点更多,因此只需要更少量醇即可发生有效的催化,在该催化剂的催化作用下,一步即可制备得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;
(3)二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇的制备可以充分利用温室气体CO2,减少不可再生资源的使用,降低污染,减少能耗。自制的有机金属配体催化剂成功地降低了金属化合物的使用,绿色环保。本发明所制备的聚氨酯热熔胶弹性好、韧性佳,且具有优异的粘结强度。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明,但是应该明确提出这些实施例用于举例说明,但是不解释为限制本发明的范围。
本发明中采用的为本领域常规挤出工艺。实施例中不对温度进行具体描述。
本发明实施例中部分原料的参数如下:
环己烷-1,1-二醇,cyclohexane-1,1-diol,CAS号:28553-75-5。
聚碳酸亚丙酯,货号:8825,东莞市铭勋新材料。
双金属氰化物络合催化剂,型号:DMC催化剂,淮安巴德聚氨酯科技有限公司。
对照例1
一种高弹聚氨酯热熔胶的制备方法,包括如下步骤:
S1将双金属氰化物络合催化剂1g、1,2-环氧环己烷400g、环己烷-1,1-二醇4g、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮800g加入到2L甲苯中,氮气氛围下加热至80℃,持续30min后向其中通入二氧化碳加压至20bar,继续在80℃下反应24h,反应结束后降温至30℃,再将二氧化碳排出释放,反应液过滤后滤液经45℃,﹣0.9MPa减压浓缩得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;
S2将二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇250g加热到50℃后加入二苯基甲烷二异氰酸酯75g和异辛酸亚锡1g,加热至85℃反应6h,得到预聚体,将1,4-丁二醇25g加入到预聚体中反应40min后在8000rpm下高速混合、挤出造粒得到高弹聚氨酯热熔胶。
实施例1
一种高弹聚氨酯热熔胶的制备方法,包括如下步骤:
S1将5-甲基异苯二醛1g、5-溴-2-羟基-1,3-苯二羧醛1.3g加入到20mL甲醇中,在氩气氛围下加入硝酸铅0.15g、乙酸铅0.03g、1,3-丙二胺1.1g,加热至80℃下搅拌26h,降至室温后将混合液过滤,滤液再加入二氯甲烷萃取,分液,有机相干燥在45℃,﹣0.9MPa下减压浓缩得到苯酚胺配合物;
S2将步骤S1中的苯酚胺配合物2g加入到10mL四氢呋喃中,再向其中加入10mL含有2.6g二(五氟苯基)锌的四氢呋喃溶液,在室温下搅拌16h后在45℃,﹣0.9MPa下减压浓缩至干,残余物经正戊烷洗涤后在5000rpm下离心5min,下层沉淀经30℃干燥12h后得到有机金属配体催化剂;
S3将步骤S2中的有机金属配体催化剂1g、1,2-环氧环己烷400g、环己烷-1,1-二醇4g、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮800g加入到2L甲苯中,氮气氛围下加热至80℃,持续30min后向其中通入二氧化碳加压至20bar,继续在80℃下反应24h,反应结束后降温至30℃,再将二氧化碳排出释放,反应液过滤后滤液经45℃,﹣0.9MPa减压浓缩得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;
S4将二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇250g加热到50℃后加入二苯基甲烷二异氰酸酯75g和异辛酸亚锡1g,加热至85℃反应6h,得到预聚体,将1,4-丁二醇25g加入到预聚体中反应40min后在8000rpm下高速混合、挤出造粒得到高弹聚氨酯热熔胶。
实施例2
一种高弹聚氨酯热熔胶的制备方法,包括如下步骤:将聚碳酸亚丙酯250g加热到50℃后加入二苯基甲烷二异氰酸酯75g和异辛酸亚锡1g,加热至85℃反应6h,得到预聚体,将1,4-丁二醇25g加入到预聚体中反应40min后在8000rpm下高速混合、挤出造粒得到高弹聚氨酯热熔胶。
实施例3
一种高弹聚氨酯热熔胶的制备方法,包括如下步骤:
S1将5-甲基异苯二醛1g、5-溴-2-羟基-1,3-苯二羧醛1.3g加入到20mL甲醇中,在氩气氛围下加入硝酸铅0.15g、乙酸铅0.03g、1,3-丙二胺1.1g,加热至80℃下搅拌26h,降至室温后将混合液过滤,滤液再加入二氯甲烷萃取,分液,有机相干燥在45℃,﹣0.9MPa下减压浓缩得到苯酚胺配合物;
S2将步骤S1中的苯酚胺配合物2g加入到10mL四氢呋喃中,再向其中加入10mL含有2.6g二(五氟苯基)锌的四氢呋喃溶液,在室温下搅拌16h后在45℃,﹣0.9MPa下减压浓缩至干,残余物经正戊烷洗涤后在5000rpm下离心5min,下层沉淀经30℃干燥12h后得到有机金属配体催化剂;
S3将步骤S2中的有机金属配体催化剂1g、1,2-环氧环己烷400g、环己烷-1,1-二醇4g、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮1000g加入到2L甲苯中,氮气氛围下加热至80℃,持续30min后向其中通入二氧化碳加压至20bar,继续在80℃下反应24h,反应结束后降温至30℃,再将二氧化碳排出释放,反应液过滤后滤液经45℃,﹣0.9MPa减压浓缩得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;
S4将二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇250g加热到50℃后加入二苯基甲烷二异氰酸酯75g和异辛酸亚锡1g,加热至85℃反应6h,得到预聚体,将1,4-丁二醇25g加入到预聚体中反应40min后在8000rpm下高速混合、挤出造粒得到高弹聚氨酯热熔胶。
测试例1
将实施例和对比例得到的样品进行粘接强度的测试。热熔胶的粘接性能根据GB/T7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)》测试。将尺寸为100mm×25mm×2mm的两个聚碳酸酯基材搭接在一起,再用所制备的热熔胶进行粘接,粘接面积为12.5mm×25mm×0.2mm,样品在25℃,50%RH下固化7d,然后用测试拉伸剪切强度,拉伸速度为5mm/min。具体测试结果见表1.
表1粘接强度测试结果表
实验方案 | 粘接强度/MPa |
对照例1 | 7.85 |
实施例1 | 10.12 |
实施例2 | 7.06 |
实施例3 | 8.97 |
基材搭接后的粘接强度取决于内聚力和热熔胶与基底相互作用的粘接力,实施例1中的热熔胶具有较高的粘接强度,可能是由于所制备的热熔胶中的聚氨酯是以聚环己烯碳酸盐为硬段,内酯聚合物为软段,聚环己烯碳酸盐的刚性结构加上其高玻璃化温度,使所得聚氨酯具有高拉伸模量。而内酯聚合物由于其无定形结构、低玻璃化温度和相对较低的摩尔质量作为软段能够很好地增强聚氨酯的韧性。软段与硬段的有效嵌合共同造就了聚氨酯的高弹、强韧,因此其能够与基底形成较大的粘接力。而对照例中所使用的常规双金属氰化物络合催化剂在与实施例1中使用量相同的情况下,由于实施例1所制备的有机金属配体催化剂能够与醇原位反应形成金属-醇氧化物引发剂,其芳基上的活性位点更多,因此只需要更少量醇即可发生有效的催化,因此对照例1中催化作用可能不佳,这也直接影响了所制备的聚氨酯性能。而实施例2中使用的常规二氧化碳基多元醇原料-聚碳酸亚酯其粘结性能则差于实施例1,实施例3中在合成聚氨酯时增加了7-甲基-2-氧杂环庚烷酮的量,这就导致聚氨酯中软段的含量增加,软段更多时能够提升聚氨酯的柔韧性,但是也会导致机械强度的下降。
测试例2
将实施例和对比例得到的样品进行断裂伸长率的测试。测试方法参考GB/T1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3部分:薄膜与薄片的实验条件》。将热熔胶注入模具中刮平,在25℃,50%RH下固化7d;用裁刀对固化后的热熔胶膜进行裁切制备样条,进行拉伸性能试验,拉伸速度为10mm/min。具体测试结果见表2.
表2拉伸性能测试结果表
实验方案 | 断裂伸长率/% |
对照例1 | 331.5 |
实施例1 | 506.7 |
实施例2 | 301.4 |
实施例3 | 487.6 |
拉伸强度主要取决于热熔胶材料的韧性及弹性,从断裂伸长率的测试结果可以看出,实施例1中的聚氨酯热熔胶的弹性及韧性俱佳,这可能是由于内酯开环聚合为聚氨酯提供了处于中心的软段,加入二氧化碳后聚环己烯碳酸盐作为硬段与软段连接起来,所制备的有机金属配体催化剂提高了反应速度,最大限度地提高了聚合物的摩尔质量,并能够有效控制其结构,从而得到了高弹的聚氨酯的关键原料,导致最终制备得到的热熔胶能够经历较大的拉伸强度。
Claims (10)
1.一种高弹聚氨酯热熔胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1将5-甲基异苯二醛、5-溴-2-羟基-1,3-苯二羧醛加入到甲醇中,在氩气氛围下加入催化剂、1,3-丙二胺,加热至60~90℃下搅拌20~40h,降至室温后将混合液过滤,滤液再加入二氯甲烷萃取,分液,有机相干燥减压浓缩得到苯酚胺配合物;
S2将步骤S1中的苯酚胺配合物加入到四氢呋喃中,再向其中加入二(五氟苯基)锌的四氢呋喃溶液,在室温下搅拌12~24h后减压浓缩至干,残余物经正戊烷洗涤后离心,下层沉淀干燥后得到有机金属配体催化剂;
S3将步骤S2中的有机金属配体催化剂、1,2-环氧环己烷、环己烷-1,1-二醇、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮加入到甲苯中,氮气氛围下加热至60~90℃,持续10~30min后向其中通入二氧化碳加压至10~20bar,继续在60~90℃下反应12~34h,反应结束后降温至30~40℃,再将二氧化碳排出释放,反应液过滤后滤液经浓缩得到二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇;
S4将二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇加热到40~60℃后加入二异氰酸酯和有机金属催化剂,加热至80~100℃反应4~6h,得到预聚体,将扩链剂加入到预聚体中反应30~60min后高速混合、挤出造粒得到高弹聚氨酯热熔胶。
2.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中5-甲基异苯二醛、5-溴-2-羟基-1,3-苯二羧醛的质量比为1:1.0~1.3。
3.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述催化剂包括硝酸铅、乙酸铅;其中5-甲基异苯二醛、硝酸铅、乙酸铅、1,3-丙二胺的质量比为1:0.1~0.2:0.02~0.04:0.8~1.2。
4.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述步骤S2中苯酚胺配合物与二(五氟苯基)锌的质量比为1:1.0~1.5。
5.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述有机金属配体催化剂、1,2-环氧环己烷、环己烷-1,1-二醇、7-甲基-2-氧杂环庚烷酮的质量比为1:300~600:2~6:600~1000。
6.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述二氧化碳基聚碳酸酯醚多元醇、二异氰酸酯、有机金属催化剂、扩链剂的质量比为100~300:40~100:1:20~50。
7.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述有机金属催化剂为辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的至少一种。
9.如权利要求1所述的热熔胶的制备方法,其特征在于:所述扩链剂为乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、丙二醇中的至少一种。
10.一种高弹聚氨酯热熔胶,由权利要求1~9任一项所述的方法制备而成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A high elastic polyurethane hot melt adhesive and its preparation method Granted publication date: 20230818 Pledgee: Agricultural Bank of China Jiangshan Branch Pledgor: Zhejiang Aoyu New Material Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980006499 |
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