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本发明的单组分聚氨酯泡沫胶粘剂用预聚体是由分子量为400～3000，官能度为2～5的含有氧化乙烯(EO)结构单元(-CH2-CH2-O-)的聚醚或聚酯多元醇100份、环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚改性硅氧烷匀泡剂0.5～3份(重量份)；吗啉类催化剂0.1～1份(重量份)、含磷阻燃剂10～100份(重量份)和比多元醇羟基当量过量2～7倍的多异氰酸酯(即“粗MDI”)等混合物在30～80℃反应2小时制备的预聚体，NCO含量5～16%，储存一年粘度增加不超过10%，用其制备的泡沫其体积密度19～28kg/m3，导热系数30～55W/m.K闭孔率65-80%，阻燃等级B2或B3。

Description

一种单组分聚氨酯泡沫胶粘剂用预聚体的制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种预聚体的制备方法，更确切地说涉及一种湿气固化单组分聚氨酯泡沫胶粘剂用预聚体的制备方法。
(二)背景技术
聚氨酯泡沫密封胶具有优良的隔热性、低吸水率、粘接弹性和耐低温性。适用多种建筑材料所需的密封堵漏，保温绝缘、填孔补缝、固定粘接。尤其适合空调管与墙体以及塑钢、钢或铝合金门窗和墙体间的密封、防水和隔音等场合。还有这种湿气固化的泡沫胶粘剂在多孔材料和板材(如铝板、钢板或BMC板等)的复合方面有着独特的优势。由于用途日益扩大，促进对其制备方法的研究开发。
聚氨酯泡沫密封胶有双组分和单组分二大类型，双组分制备法往往由A组分和B组分组成。A组分包括：有机多元醇、催化剂、发泡剂和添加剂，B组分由多异氰酸酯和一些可能的助剂构成，灌装时A、B组分在一双室容器单独储存，使用时让A、B两组分迅速混合，形成快速固化的发泡混合物，毋需湿气参与也能进行泡沫密封。这一方法的优点在于贮存期长。缺点在于储存A、B组分的带有混合结构的双室容器价格贵，同时A、B混合物一旦混合，必须一次用完。
单组份制备法又称一步制备方法。该法将含有多异氰酸酯或改性多异氰酸酯和多元醇、发泡剂、催化剂和其它辅助剂或添加剂按计量、以单独或混合物形式一并加到混合设备中，由混合模头进行混合和倾倒，经由分配设备进入储罐。
现有技术U.S.Pat.No 4,258,140是单组份制备预聚体的方法。聚氨酯泡沫用预聚体由二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物(称为“粗MDI”)与羟值为40～500，分子量为500～5000的三官能或四官能聚酯多元醇或聚醚多元醇和主链上含有化学键合叔胺基的多元醇反应制备。接着在压力下，含有异氰酸酯基团的预聚体和发泡剂与辅助添加剂从压力容器中放出与空气作用制备尺寸稳定的聚氨酯泡沫。用此技术制备的预聚体储存寿命较长于60℃至少可储存60天。在室温能储存18个月。预聚体发泡后的泡沫性能为密度20～35Kg/m3，样品后膨胀率为5～10％，凝结时间2～3小时，固化时间5～8小时。
现有技术应用多元醇与含叔胺结构的多元醇混合物与多异氰酸酯反应制备预聚体时不用催化剂，该法的特点是克服了固化慢缺点，消除后膨胀现象，解决泡沫填充制品的变形问题。泡沫尺寸稳定性相对好，但储存稳定性仍不理想，在实际应用时发泡密度随着储存时间的延长而明显变大的现象，在储存6个月后密度会增加到2倍或2倍以上。
(三)发明内容
为了改进现有技术的不足之处，制备储存期长，固化速度快，泡沫制品尺寸稳定性，泡孔均匀、无后膨胀现象的预聚体。为此，提出本发明的完整构思。
本发明的单组分聚氨酯泡沫胶粘剂用预聚体是由分子量为400～3000，官能度为2～5的含有氧化乙烯(EO)结构单元(-CH2-CH2-O-)的聚醚或聚酯多元醇100份、环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚改性硅氧烷匀泡剂0.5～3份(重量份)；吗啉类催化剂0.1～1份(重量份)、含磷阻燃剂10～50份(重量份)和比多元醇羟基当量过量2～7倍的多异氰酸酯(即“粗MDI”)组成；
这里，“粗MDI”占整个预体量的35～65％(重量份)。聚醚多元醇或聚酯多元醇和含磷阻燃剂等在60～120℃，32～665Pa条件下脱水2小时，冷却到常温，通氮气至常压，然后加“粗MDI”，在30～80℃，氮气氛围下反应2小时制成预聚体。接着将预聚体和发泡剂分别灌装入压力容器中供使用。或者向预聚体加入适量的挥发性溶剂调制成一定粘度的预聚体。也可以在体系中添加功能性助剂如灭鼠剂、杀虫剂和防霉剂等等，以满足不同场合的需要。
吗啉类催化剂可从N-烷基吗啉、N-烷氧基烷基吗啉、N-羟烷基吗啉、双[N-烷基(烷基吗啉)]醚中任选一类，代表性的如N-乙基吗啉、N-羟乙基吗啉、N-(甲氧基乙基)吗啉、二(N-乙基吗啉)醚(BMDEE)等，最好是选用N-羟乙基吗啉和二(N-乙基吗啉)醚等。
含磷阻燃剂可从甲基膦酸二甲酯(DMMP)、三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(氯丙基)磷酸酯(TCPP)、三(2，3一二氯丙基)磷酸酯(TDCPP)、(2，3-二氯丙基)双(2-氯丙基)磷酸酯、(2-氯丙基)双(2，3-二氯丙基)磷酸酯，三(2，3一二溴丙基)磷酸酯(TDBPP)磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯中任选一种或它们的混合物。
“粗MDI”是多苯基多亚甲基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的混合物，如拜耳(Bayer)公司的44V20、日本聚氨酯(NPU)公司的MR-200、巴斯夫(BASF)公司的M20S和亨斯迈(Huntsman)公司的Rubinate 5005、5025等等。
预聚体制备方法所述的含有氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)的聚醚或聚酯多元醇，可以是聚醚多元醇、聚酯多元醇或它们的混合物。该多元醇或它们的混合物含有5～30％的氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)。如果采用的是多元醇的混合物，这意味着其中一些多元醇可以不含有氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)，但至少有一种多元醇含有一定数量的氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)。采用含有氧化乙烯结构单元的多元醇所形成的预聚体，在形成多孔泡沫时能吸收水分，促进泡沫的固化，从而能显著减少吗啉类催化剂的用量，提高预聚体的稳定性，相应地提高制品的贮存期，改善泡沫的尺寸稳定性，如果所用多元醇的氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)的含量小于5％，则容易导致湿气吸收不充分，而使泡沫的尺寸稳定性下降；反之，如果含量超过30％，则导致泡沫硬度大幅下降和防渗水性的下降。
所述的聚醚多元醇是环氧丙烷封端的聚醚多元醇，即末端为仲羟基的聚醚多元醇，这种多元醇不仅可以降低与“粗MDI”预聚反应的速率，而且所形成的预聚体有较好的稳定性，同时具有较好的工艺性。
所述的聚酯多元醇是由乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)或二缩三乙二醇(TEG)为主的二元醇和已二酸、苯酐、对苯二甲酸、间苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯(DMT)等经缩合反应而制备的聚酯二醇。但在以EG、DEG或TEG为主体的小分子二醇中，可以添加1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，6-己二醇参加缩合反应来制备聚酯二醇；也可以添加1，1，1-三羟甲基丙烷(TMP)、2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)或蓖麻油来制备官能度在2.01～2.50的聚酯多元醇。
制备方法所述的发泡剂可从1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1-三氟-2-氟乙烷(HFC-134a)，1，1-二氟-2-氟乙烷(HCFC-22)、异丁烷(A-31)、二甲醚、丙丁烷(A-46)等中任选二种或它们的混合物。作为多孔材料粘合剂所用的发泡助剂可从丙酮、二氯甲烷、1，1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)、1，1，3，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)、1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC-365mfc)、环戊烷等中任选一种或它们的混合物。
制备方法所述的杀虫剂可从拟除虫菊酯和无毒砷化物中选择，如氯菊酯、溴氰菊酯、氯氰菊酯、氟氯氰菊酯等等任选一种或它们的混合物。
本发明制备的聚氨酯泡沫密封胶用预聚体的施工特性为不粘时间：约8～10分钟(20℃，相对湿度60％)，完全固化时间：12～24小时，发泡倍率40～66(2.5厘米宽，20℃，相对湿度60％)。泡沫特性为：体积密度为19～28％Kg/m3泡沫特性：体积密度，热导率30～55mW/m.k，闭孔率65～80％，阻燃等级B2或B3。
(四)具体实施方式
为了更好地实施本发明特举例说明之，但不是对本发明的限制。
实例1
284g分子量为2000的环氧丙烷封端的环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚多元醇(OHV84.1)，76g分子量为1000的环氧丙烷聚醚多元醇(OHV112.2)和104g三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)在70～100℃、32～665Pa压力的条件下脱水2小时，冷却到常温、通氮气至常压，然后加入4g N-乙基吗啉、12g环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚改性的硅氧烷匀泡剂和320g“粗MDI”，在40～70℃、氮气氛围下反应2小时成预聚体。接着将预聚体与发泡剂1、1-二氟乙烷(HFC-152a)和异丁烷罐装入压力容器中供发泡密封用。聚氨酯预聚体中异氰酸酯基(NCO含量)＝12.5％，粘度为10500cPs(25℃)，储存12个月粘度增加不超过5％。泡沫性能为体积密度25Kg/m3，导热系数36mW/m.k，闭孔率71％，阻燃等级为B3。
例2
195g分子量为3000的环氧丙烷封端的环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚多元醇(OHV56.1，EO＝30％)，140g分子量为600的环氧丙烷聚醚多元醇(OHV187)，33g分子量为600的以乙二胺为起始剂的环氧丙烷聚醚多元醇和160g(2-氯丙基)双(2，3-二氯丙基)磷酸酯在120℃、532～665Pa压力条件下脱水2小时，冷却到常温，通氮气至常压，然后加入2g N-羟乙基吗啉，25g硅氧烷-环氧丙烷共聚物和602g“粗MDI”，在40～70℃、氮气氛围下反应2小时制成预聚体，所得聚氨酯预聚体的异氰酸酯基含量(NCO)＝14.0％，接着将650g该预聚体和100g 1，1，1-三氟-2-氟乙烷(HFC-134a)和60g二甲醚灌装入带有枪式阀门的气雾罐中。结果，储存一年粘度增加不超过9％，泡沫性能为表观密度22Kg/m3，导热率45mW/m.k，闭孔率70％。
例3：在例2所得的预聚体中，取650g，加入9.5溴氰菊酯和100g 1，1，1-三氟-2-氟乙烷(HFC-134a)和60g二甲醚灌装入带有枪式阀门的气雾罐中。结果，所得的泡沫具有杀白蚁的功能，泡沫性能为表观密度22Kg/m3，导热率46mW/m.k，闭孔率70％。
例4
120g分子量为1000的环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚多元醇(0HV168.2，EO＝12％)，100g分子量为1000的环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚多元醇(OHV112，EO＝10％)和63g磷酸三(2，3-二氯丙基酯)(TDCPP)于65℃在532～665P压力下脱水2小时，冷却到室温，通氮气至常压，然后加入2.1g双(N-乙基吗啉)醚和320g“粗MDI”，在30～80℃反应2小时制成预聚体。所得预聚体异氰酸酯(NCO)含量＝12.2％，储存一年粘度增加不超过5％。
取200g上述预聚体用30g 1，1-二氯-1-氟乙烷(HCFC-141b)进行稀释。可用于多孔介质如聚氨酯硬泡与钢板、不饱和聚酯(BMC)板材和铝板的复合粘结。
例5
除加入100g分子量为600聚酯多元醇(该多元醇为一缩乙二醇、对苯二甲酸二甲酯(DMT)按1.1：1摩尔反应制备所得)、120g分子量为1000的环氧丙烷聚醚多元醇(0HV168)、400g“粗MDI”、2g N-乙基吗啉、80g磷酸三苯酯外，其他操作同实例1样，结果异氰酸酯基含量为13.5％，储存一年粘度增加不超过6％。泡沫性能为体积密度27Kg/m3，导热系数34mW/m.k闭孔率77％。

Claims (9)

1、一种单组分聚氨酯泡沫胶粘剂用预聚体的制备方法，其特征在于：所采用的原料是分子量为400～3000，官能度为2～5的含有氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)的聚醚或聚酯多元醇100重量份、环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚改性的硅氧烷匀泡剂1～6重量份、吗啉类催化剂0.3～3重量份、含磷阻燃剂5～100重量份和比多元醇羟基当量过量2～7倍的多异氰酸酯；
聚醚或聚酯多元醇、硅氧烷匀泡剂、吗啉类催化剂和磷阻燃剂在60～120℃，532～662Pa的条件下脱水2小时冷却到常温，通氮气至常压，然后与多异氰酸酯，在30～80℃，氮气的氛围下反应2小时制成预聚体，接着将预聚体可以和气雾抛射剂一起装入压力容器中制成湿气固化的单组分泡沫密封胶，或者加入适量的挥发性溶剂调配成一定粘度的预聚体，作为多孔材料的粘合剂，也可以在体系中添加功能性助剂。
2、根据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所述的含有氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O-)的聚醚或聚酯多元醇，可以是聚醚多元醇、聚酯多元醇或它们的混合物，该多元醇或它们的混合物含有5～30％重量份的氧化乙烯结构单元(-CH2-CH2-O--O-)。
3、据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所用聚醚多元醇是环氧丙烷封端的聚醚多元醇，即末端为仲羟基的聚醚多元醇。
4、根据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所述的聚酯多元醇是由乙二醇EG、一缩二乙二醇DEG或二缩三乙二醇TEG为主的二元醇和己二酸、苯酐、对苯二甲酸、间苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯经缩合反应而制备的聚酯二醇。
5、根据权利要求4所述的预聚体制备方法，其特征在于：以EG、DEG或TEG为主体的小分子二醇中，可以添加1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、1，6-己二醇参加缩合反应来制备聚酯二醇。
6、根据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所述的吗啉类催化剂，可从N-烷基吗啉、N-烷氧基烷基吗啉、N-羟烷基吗啉、双[N-基(烷基吗啉)]醚中任选一类。
7、根据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所述的含磷阻燃剂可从甲基膦酸二甲酯(DMMP)、三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(氯丙基)磷酸酯(TCPP)、三(2，3-二氯丙基)磷酸酯(TDCPP)、(2，3-二氯丙基)双(2-氯丙基)磷酸酯、(2-氯丙基)双(2，3-二氯丙基)磷酸酯、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯(TDBPP)、磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯中任选一种或它们的混合物。
8、根据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所述的多异氰酸酯是多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的混合物，即所谓“粗MDI”。
9、根据权利要求1所述的预聚体制备方法，其特征在于：所述的杀虫剂可从拟除虫菊酯和无毒砷化物中选择。
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