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單組分聚氨酯膠黏劑配方分析
1.背景
聚氨酯又稱聚氨基甲酸酯，分子結構中含有相當數量的氨基甲酸酯以及脲、醚、酯等基團，具有耐磨、耐油、耐酸堿、耐水以及耐化學藥品等優異性能。聚氨酯廣泛應用于膠粘劑、涂料、彈性體、泡沫塑料等諸多領域。
單組分聚氨酯玻璃膠是一種無溶劑的反應型膠，在膠黏劑的主體材料中含有異氰酸基團，在合適的溫度范圍內能與空氣中的水反應，形成高強度固態密封膠，這個過程一般稱為潮氣固化。單組分聚氨酯玻璃膠具有立面涂敷不流淌、施工方便、固化速度快等優點，固化后更具有粘結強度高、彈性好、耐水、耐老化及各種有機溶劑等特點。
?? 無溶劑型單組分聚氨酯膠粘劑是目前國內外研究的熱點，其主要優點是：?? 1） 無毒，無污染；
?? 2）使用前不必進行化學計量和添加其他交聯劑，可直接使用；
?? 3）操作簡便易控，省時省力。
?? 其不足之處是：
?? 1）初粘力差，凝膠時間較長；
?? 2）固化過程中有氣泡產生，導致膠層發泡膨脹、形成縮孔，從而影響粘接強度；
?? 3）黏度大，膠膜厚度難以控制，可操作性欠佳。
2.單組分聚氨酯膠黏劑
2.1單組份聚氨酯膠黏劑的組成
??聚氨酯膠粘劑配方中一般包括下列的組分：基體、含活性氫化合物、催化劑、擴鏈劑、添加劑等。? 2.1.1 基體
? 基體，又稱為預聚體，例如異氰酸酯，通常是甲苯二異氰酸 (TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI) 或聚合的 MDI；
? 2.1.2 含活性氫化合物
? 含活性氫的化合物，通常是聚酯型多元醇或聚醚型多元醇，也可以是聚乙二醇、聚己內酸酯和含羥基化合物的天然油脂；
? 2.1.3 催化劑
??聚氨酯反應常用的催化劑有：有機叔胺類(如三乙胺)和金屬有機化合物類(如辛酸亞錫、辛酸鉛、二月桂酸二丁錫等)。有機叔胺類催化劑能促進異氰酸酯與水反應放出二氧化碳，金屬類催化劑對異氰酸酯與醇類反應有特效，催化劑的影響催化劑加入量一般控制在1%-2‰即可。
? 2.1.4 擴鏈劑 ? 擴鏈劑，通常是多胺；擴鏈劑是制備 PU 膠粘劑時常用的一種功能助劑，其特點是相對分子質量小、鏈節短且反應活性大。隨著擴鏈劑用量的增加，膠粘劑的內聚強度增大、軟化點增高、對材質的粘接強度增強且活性增大。
? 2.1.5 添加劑 ? 添加劑包括干燥劑、阻燃劑、偶聯劑、抗氧劑、紫外抑制劑、著色劑、粘接促進劑、填充物、增塑劑、其它聚合物等。
其中增塑劑可以改善體系中各組分的相容性；調節固化物的物理性能，如拉伸強度、低溫柔韌性、延伸率、硬度等；還可以用于降低體系的黏度，使其保持良好的流動。
2.2常見聚氨酯膠工藝影響因素
2.2.1 聚酯二元醇對PU膠粘劑性能的影響聚酯二元醇的主鏈結構對PU膠粘劑的結晶度、結晶速率和內聚強度等影響較大、主鏈為線性鏈段的聚酯二元醇，其結晶性和結晶速率均優于主鏈中含側基的非對稱性鏈段的聚酯二元醇中含側基的非對稱性鏈段的聚酯二元醇。這是因為側基的位阻作用會阻礙軟鏈段的應變誘導結晶而以己二酸與其它二元醇為原料反應而成的聚酯，其結晶順序依次為：乙二醇< l,4-丁二醇< l,6-己二醇。這是由于用偶數碳原子二元醇所合成的聚酯，其分子中的供氫基團與供電子基團較易接近形成氫鍵，從而使聚合物分子鏈較易結晶，且結晶速率隨著偶數碳原子的增加而增加；而以丁二醇聚酯為軟鏈段合成的 PU 膠粘劑具有較快的結晶速率、較大的拉伸強度、相對較高的軟化點等力學性能和耐熱性能，且能顯著提高材質之間的剝離強度。因此，本實驗選用己二酸與1,4-丁二醇 BDO 反應而成的聚酯二元醇作為合成PU膠粘劑的軟鏈段。
2.2.2 異氰酸酯指數 R 值對 PU 膠粘劑性能的影響 異氰酸酯指數 R=n(-NCO)／n(-OH) ，R值對膠粘劑的相對分子質量、表面張力、貯存穩定性及粘接強度等影響較大。表l列出了不同 R 值對膠粘劑性能的影響。?
?2.2.3 擴鏈劑對PU膠粘劑性能的影響
擴鏈劑是制備PU膠粘劑時常用的一種功能助劑，其特點是相對分子質量小、鏈節短且反應活性大。隨著擴鏈劑用量的增加，膠粘劑的內聚強度增大、軟化點增高、對材質的粘接強度增強且活性增大。
2.2.4催化劑對 PU 膠粘劑性能的影響 IPDI中與異氰酸酯基相連的是供電子基團，異氰酸酯基中碳原子的電負性很大，與活潑氫化合物的反應活性比甲苯二異氰酸 (TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯 (MDI) 等相對較小。為了提高 IPDI 與羥基化合物的反應速率，一般加入催化劑。合成 PU 膠粘劑常用的催化劑是有機金屬化合物和三元胺，如二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三元胺和三亞乙基二胺等。但三元胺易促進異氰酸酯的三聚反應，形成網狀交聯結構；為促進線型結構的生成，防止交聯，可選用二月桂酸二丁基錫為催化劑。
2.2.5反應溫度和時間對 PU 膠粘劑性能的影響 反應溫度對合成 PU 膠粘劑的性能影響不大，但對反應速度的影響較大。
3.聚氨酯膠黏劑參考配方
3.1聚氨酯參考配方
|
成分 |
含量 |
說明 |
|
聚酯型聚氨酯預聚體 |
58.0-65.0% |
IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）， |
|
乙酸甲酯 |
~1.0-1.5% |
溶劑 |
|
乙酸乙酯 |
~29.0-30.0% |
溶劑 |
|
1,4-丁二醇 |
~1.5-2.0% |
擴鏈劑 |
|
二月桂酸二丁基錫 |
~0.05-0.10% |
催化劑 |
3.2水性聚氨酯參考配方
|
成分 |
含量 |
說明 |
|
羧酸型水性聚氨酯 |
38.0-40.0% |
/ |
|
鄰苯二甲酸二丁酯 |
5.0-8.0% |
增塑劑DBP |
|
丙酮 |
2.0-2.5% |
? |
|
氯仿 |
0.5-1.0% |
? |
|
甲醇 |
5.0-5.5% |
? |
|
甲苯 |
0.5-1.0% |
? |
|
2,2-二羥甲基丁醇 |
0.5-0.8% |
? |
|
水 |
55-60.0% |
? |
以上單組分聚氨酯膠粘劑參考配方數據都經過技術修改，僅供參考，關于聚氨酯膠粘劑技術的問題可以咨詢我中心技術支持0512-82190860
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