双组份高强度聚氨酯胶粘剂的研制及应用

李鲜英

(山西省化工研究所(有限公司)，山西 太原 030001)



双组份高强度聚氨酯胶粘剂的研制及应用

李鲜英

(山西省化工研究所(有限公司)，山西 太原 030001)

介绍了双组份高强度聚氨酯胶粘剂的合成及应用，研究了双组份胶粘剂的合成工艺及性能，阐述了反应原理实验操作、使用方法及工艺要求，并对实验结果进行了讨论，探讨了多端羟基聚氨酯当量固化温度和时间，对胶粘剂的耐水性能以及乙组份固含量和贮存时间对粘接性能的影响进行了考察。

双组份胶粘剂；合成；粘接性能；剥离强度

引 言

双组份高强度聚氨酯胶粘剂是由甲、乙两部分组成，甲组份为聚合多元醇，乙组份为NCO—端基多异氰酸酯聚合物。该胶粘剂具有优良的粘接性能，耐冲击、耐油、耐老化、耐高温，合成工艺简单，使用方便，适合于金属与极性高分子等材料之间的粘接。

1 原料与规格(见表1)

表1 主要原料

2 实验部分

2.1 甲组份的制备

2.1.1 主要反应原理

二元酸和过量的二元醇、三元醇在催化剂钛酸四丁酯的作用下，经过脱水缩合反应生成羟基封端(—OH)的聚酯[1]。其主要反应可表示为式(1)。

(1)

式中：R：—(CH2)4—；R′：—(CH2)2—；

2.1.2 实验操作

将摩尔比为1.000∶1.009∶0.224的二元酸、二元醇和三元醇，依次加入配有电动搅拌器、球形回流冷凝器、直管卧式冷凝器和温度计的三口烧瓶中，加热升温至120 ℃～140 ℃，开动搅拌器。当温度升至160 ℃时，开始逸出缩合反应水。逐步升温(10 ℃/30 min)至液相温度220 ℃时，保持反应约4 h。然后，将液相温度降至(170±5)℃，加入催化剂，开始抽真空强化脱水缩合反应。直至酸值小于1为合格。降温至120 ℃以下出料。翌日，分析羟值、酸值及水份含量。

将以上制备的多羟基聚酯按固含量要求配入乙酸乙酯，室温充分溶解，用容器密封包装，即为甲组份。

2.2 乙组份的制备

将TMP和2，4-TDI按1∶3的摩尔比和一定的乙酸乙酯加入配有电搅拌器和温度计的三口烧瓶中，在溶剂中进行加成反应，生成链端基含有异氰酸酯基的聚合物[2]。其主要反应方程式为式(2)。

(2)

2.3 双组份高强度聚氨酯胶粘剂的配制和使用

2.3.1 主要反应原理

将甲、乙两组份按一定比例混合均匀，成胶过程主要是氨基甲酸酯的扩链和交联，见式(3)。

(3)

2.3.2 实验操作

将甲、乙两组份按比例(1.0∶1.1～1.2)置于干燥洁净容器中充分混合均匀。这样一次性的配制料，使用适应期为4 h～6 h，但在使用过程中若黏度增大，可适当补加乙酸乙酯，以延长使用时间。

2.3.3 使用方法和工艺要求

被粘物表面处理应符合如下条件，方能得到较理想的效果：

1) 表面洁净(脱脂、除污及干燥)；

2) 增加黏着表面积；

3) 提高表面活化能。

对于非金属材料可用溶剂(如，丙酮、乙酸乙酯等)将表面进行擦洗；对金属材料可用砂纸打磨(最好喷砂处理)除锈、脱脂去污，保持清洁干燥。

将表面处理好的被粘物涂上厚度0.1 mm～0.2 mm底胶，在室温下放置5 min～10 min进行黏合(或浇注灌封)，在室温下静置24 h～48 h，即能获得预计的效果。

3 结果及讨论

本实验对甲、乙两组份配比、多羟基聚酯当量、固化温度和时间，黏合剂的耐水性能以及乙组份固含量和贮存时间对黏接性能的影响逐一进行了考察，选用的被粘物是各种金属与浇注型聚氨酯橡胶。该浇注型聚氨酯橡胶的性能如表2。

表2 浇注型聚氨酯橡胶物理机械性能

3.1 多端羟基聚酯当量的影响

本实验采用甲、乙两组份固含量和配比不变，实验结果如表3。

表3 聚酯当量对粘接性能的影响

由表3可看出，聚酯当量对粘接性能影响较大。聚酯当量大于456和小于277时，其粘接强度都呈下降趋势。表明聚酯当量控制在277～456为宜。

3.2 甲、乙组份配比的影响

采用相同甲组份和乙组份，改变配比进行黏接实验，其结果如表4。

表4 甲、乙组份配比的影响

表4表明，甲、乙组份配比对粘接强度有一定影响，乙组份用量太少(40份)或太多(160份)时其粘接性能呈下降趋势，同时也不难看出，甲、乙组份配比范围比较大，给操作带来很大方便。

3.3 固化温度和时间的影响

本实验采用相同配方、工艺条件和粘接物，改变固化时间，考察了其对粘接效果的影响，其结果如表5。

表5 固化温度和时间的影响

由表5可看出，固化温度和时间对黏接强度影响非常大。常温48 h和120 ℃下2 h均能达到预期的粘接效果。

本实验选择甲、乙两组份2种常用配比胶粘剂，以金属与浇注型聚氨酯橡胶作被粘物，粘接好的试样置于室温下在天然海水和自来水中浸泡180 d，其实验结果如表6。

表6 双组份高强度胶粘剂的耐水性能[粘接强度(剥离，kN/m)]

从表6可以看出，在水中长期浸泡其粘接强度显著下降，耐水性能欠佳。但是，表6仅为一次性实验结果，且浸泡过程中曾一度为冷冻状态，故此实验数据仅供参考。

3.4 乙组份固化量对贮存时间的影响

本实验采用2种不同固含量的乙组份，密封包装，置于阴凉(常温)处6个月后测定指标[—NCO(%)]变化。然后用同一种甲组份匹配(100∶100)，进行粘接实验，其结果如表7。

表7 乙组份固含量和贮存时间的影响

由表7可看出，乙组份在贮存过程中，虽然其含量有所下降，但对粘接性能影响不大。

4 结论

双组份高强度聚氨酯胶粘剂国内均有工业生产，来源十分方便。同时，合成工艺简单，质量稳定，使用方便。

双组份高强度聚氨酯胶粘剂具有优良的粘接性能，极大地提高了聚氨酯弹性体的使用寿命，节省成本，提高了利用率，同时其耐油、耐高温及耐老化性能非常好。

[1] 山西省化工研究所.聚氨酯弹性体[M].北京:化学工业出版社,2001:233-235.

[2] 叶青萱.水系聚氨酯胶粘剂[J].聚氨酯工业,1993(2).

The development and application of two component and high strength polyurethane adhesive

LI Xianying

(Shanxi Chemical Research Institute Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030001, China)

This paper introduces the synthesis and application of two component and high strength polyurethane adhesive,and studies the technological process of the synthesis by two component adhesive and its excellent performance. This paper expounds the reaction principle of test operation, method and process requirements. Through the discussion of experiment results, it explores the curing temperature and time of multiterminal hydroxyl equivalent polyurethane, and investigates water resistant performance of adhesive and effect of solid content and storage time of unit B on adhesive properties.

two-component adhesive; synthesis using; adhesive performance; peel strength

2016-09-03

李鲜英，女，1966年出生，本科在读，工程师。

科研与开发

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.12

TQ323.8；TQ43

A

1004-7050(2016)05-0040-03