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聚氨酯胶粘剂的配方设计
2020年07月13日    阅读量:851    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

聚氨酯胶粘剂的设计是以获得最终使用性能为目的的,因此,对聚氨酯胶粘剂进行配方设计时,必须要考虑到所制成的聚氨酯胶粘剂的施工性(可操作性)、固化条件等操作条件以及粘接强度、耐热性、耐化学品性、耐久性等性能要求。下面,将分别从以下几个方面讲解怎样对聚氨酯胶粘剂的配方进行设计:


一、从结构与性能角度对聚氨酯分子进行设计


由于生产聚氨酯的原料品种及组成多种多样,因而可合成各种各样性能的聚氨酯高分子材料。例如从其本体材料(即不含溶剂)的外观性能方面来讲,可得到由柔软至坚硬的弹性体以及泡沫材料涂料在线coatingol.com。聚氨酯从其本体性质(或者说其固化物)而言,基本上属于弹性体性质,它的一些物理化学性质如粘接强度、机械性能、耐久性、耐低温性以及耐药品性等,主要取决于所生成的聚氨酯固化物的化学结构。所以,要对聚氨酯胶粘剂进行配方设计,首先要对其原料聚氨酯进行分子设计,即从化学结构及组成对性能的影响来入手。


二、从原料角度对聚氨酯胶粘剂的制备进行设计


聚氨酯胶粘剂的配方中一般用到三类原料:一类为-NCO类原料(即二异氰酸酯及其改性物与多异氰酸酯),一类为-OH类原料(即含羟基的低聚物多元醇以及扩链剂等,广义地说,是含活性氢的化合物,故也包括多元胺、水等),另有一类为溶剂和催化剂等添加剂。从原料的角度对聚氨酯胶粘剂进行配方设计,有以下两种具体方法:


1、由上述三类原料直接配制

最简单的聚氨酯胶粘剂的配制方法是将-OH类原料和-NCO类原料(或及添加剂)进行简单地混合,然后直接使用。在聚氨酯胶粘剂的配方设计中一般不常采用这种方法,原因是大多数低聚物多元醇的分子量较低(通常聚醚多元醇的 分子量Mr<6000,聚酯多元醇的分子量Mr<3000),因而所配制的聚氨酯胶粘剂组合物粘度小、初粘力低。然而在有些时候,即使添加催化剂,胶粘剂的固化速度仍然较为缓慢,并且所得固化物的强度低,实用价值不大。并且,由于未改性的TDI蒸气压较高、气味大、挥发毒性大,而MDI在常温下为固态,使用不方便,因此只有少数几种商品化的多异氰酸酯可用作聚氨酯胶粘剂的原料。不过,以下几种情况可采用上述方法来配置聚氨酯胶粘剂:


(1)由高分子量的聚酯多元醇(分子量Mr在5000到50000之间)的有机溶液与多异氰酸酯溶液组成的双组分聚氨酯胶粘剂性能较好,可用于复合层压薄膜等用途。这是因为其主成分高分子量聚酯多元醇本身就具有较高的初始粘接力,从而使得组成的聚氨酯胶粘剂具有很强的内聚力;


(2)由聚醚(或聚酯)多元醇、水、多异氰酸酯以及催化剂等成分配置而成的组合物,可作为发泡型聚氨酯胶粘剂、粘合剂,用于保温材料等的粘接、制造等,具有一定的实用价值。


2、将-NCO类及-OH类原料预先进行氨酯化改性

如上所述,由于大多数低聚物多元醇的分子量较低,并且TDI挥发毒性大,MDI常温下为固态,因而直接配置而成的胶粘剂一般性能较差。因此,为了提高聚氨酯胶粘剂的初始粘度,缩短产生一定粘接强度所需的时间,通常把聚醚多元醇或聚酯多元醇与TDI或MDI单体进行反应,制成含有端异氰酸酯基或端羟基的氨基甲酸酯预聚物,作为-NCO成分或-OH成分使用。


三、从使用形态的要求入手对聚氨酯胶粘剂的制备进行设计


从聚氨酯胶粘剂的使用形态来分,主要有单组分聚氨酯胶粘剂和双组分聚氨酯胶粘剂两种类型:


1、单组分聚氨酯胶粘剂 


单组分聚氨酯胶粘剂的优点是可以直接使用,与双组分胶粘剂相比更为方便的一点是无需在使用前进行调胶。单组分聚氨酯胶粘剂主要有以下两种类型:


以异氰酸酯基为端基的聚氨酯预聚物为主体的湿固化型聚氨酯胶粘剂


此类聚氨酯胶粘剂的合成反应利用空气中的微量水分以及基材表面的微量吸附水而固化,还可与基材表面的活性氢基团反应从而形成牢固的化学键。这种类型的聚氨酯胶粘剂一般为无溶剂型聚氨酯胶粘剂,为了便于施胶,胶粘剂的粘度不能太大。单组分湿固化型聚氨酯胶粘剂多为聚醚型,即其主要的含羟基的原料为聚醚多元醇。此类胶粘剂中游离的异氰酸酯基的含量究竟以何程度为宜,应根据胶粘剂的粘度(影响聚氨酯胶粘剂在施工中的可操作性)、涂胶方式、涂胶厚度以及被粘物的类型等而决定,除此之外,还需要考虑聚氨酯胶粘剂的贮存稳定性。


以热塑性聚氨酯弹性体为基础的单组分溶剂型聚氨酯胶粘剂


此类聚氨酯胶粘剂的主成分为高分子量端羟基线型聚氨酯,该类聚氨酯的羟基数很小,当溶剂开始挥发时胶粘剂的粘度迅速增加,产生初粘力。当溶剂基本上挥发完全以后,就产生了足够大的粘接力,然后在室温条件下放置一段时间,多数该类型聚氨酯弹性体的中链段就会发生结晶,从而进一步提高胶粘剂的粘接强度。这种类型的单组分聚氨酯胶粘剂一般以结晶性的聚酯多元醇作为聚氨酯的主要原料。


除此之外,单组分聚氨酯胶粘剂还包括聚氨酯热熔胶以及单组分水性聚氨酯胶粘剂等类型。


2、双组分聚氨酯胶粘剂


双组分聚氨酯胶粘剂由含端羟基的主剂和含端异氰酸酯基团的固化剂组成,与单组分聚氨酯胶粘剂相比,双组分聚氨酯胶粘剂的性能好、粘接强度高,且同一种双组分聚氨酯胶粘剂的两组分配比允许在一定的范围内进行适当调整,可以此来调节固化物的性能。主剂一般为聚醚多元醇或高分子量的聚酯多元醇。两组分的配比以固化剂稍过量,即有微量异氰酸酯基团过剩为宜,如此可弥补可能存在的水分与异氰酸酯基团反应而造成的异氰酸酯基团的损失,从而保证胶粘剂能够产生足够的交联反应。


四、根据性能要求对聚氨酯胶粘剂的制备进行设计 


当对聚氨酯胶粘剂有特殊的性能要求时,应根据聚氨酯的结构与性能的关系来进行配方设计。不同的基材、不同的应用领域以及应用环境,往往会对聚氨酯胶粘剂的性能有一些特殊的要求,例如,在工业化生产线上使用的聚氨酯胶粘剂要求能发生快速固化,而复合软包装薄膜用的聚氨酯胶粘剂则要求具有耐酸以及耐水解的性能,其中,耐蒸煮软包装用聚氨酯胶粘剂还要求具有一定程度的高温粘接力等等。那么,怎样才能满足这些特殊要求呢?


1、耐高温


聚氨酯胶粘剂普遍具有耐高温性能不足的缺点。当需要在特殊的耐高温场合中使用时,可预先对聚氨酯胶粘剂进行设计。通过以下几个途径可以在一定程度上提高聚氨酯胶粘剂的耐热性:

采用含苯环的聚醚或聚酯多元醇以及异氰酸酯作为原料;

提高聚氨酯胶粘剂中异氰酸酯及扩链剂(它们组成硬段)的含量;

提高聚氨酯胶粘剂中固化剂的用量;

采用耐高温热解的多异氰酸酯(如含异氰脲酸酯环的多异氰酸酯),或在固化时产生异氰脲酸酯;

用比较耐高温的环氧树脂或聚砜酰胺等树脂与聚氨酯进行共混改性,而采用PN技术是提高聚合物相容性的有效途径。


2、耐水解性


聚酯型聚氨酯胶粘剂的耐水解性较差,可通过向其中添加适量的水解稳定剂(如碳化二亚胺、环氧化合物等)进行改善。为了提高聚酯多元醇本身的耐水解性,可采用长链二元酸及二元醇作为制备聚酯多元醇的原料(如癸二酸、1,6-己二醇等),此外,采用含有支链的二元醇(如新戊二醇)作为原料也能提高聚酯多元醇的耐水解性。与聚酯多元醇相比,聚醚多元醇的耐水解性较好,因此,有时也可通过将聚醚多元醇与聚酯多元醇并用来制备耐水解性能较好的聚氨酯胶粘剂。此外,在聚氨酯胶粘剂的配方中添加少量的有机硅偶联剂也能在一定程度上提高胶粘层的耐水解性。


3、提高聚氨酯胶粘剂的固化速度


提高聚氨酯胶粘剂固化速度的一种主要方法是使聚氨酯胶粘剂具有一定的初粘力,即粘接后不再容易脱离。因而提高主剂的分子量、使用可产生结晶性聚氨酯胶粘剂的原料是提高初粘力和固化速度的有效方法。有时加入少量三乙醇胺这类具有催化性的交联剂也有助于提高初粘力。此外,添加催化剂亦为加快固化速度的主要方法之一。



标签:辅料与设备涂装应用技术中心胶粘剂
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