雙組份高強度聚氨酯膠粘劑的研制及應(yīng)用

李鮮英

(山西省化工研究所(有限公司)，山西 太原 030001)

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雙組份高強度聚氨酯膠粘劑的研制及應(yīng)用

李鮮英

(山西省化工研究所(有限公司)，山西 太原 030001)

介紹了雙組份高強度聚氨酯膠粘劑的合成及應(yīng)用，研究了雙組份膠粘劑的合成工藝及性能，闡述了反應(yīng)原理實驗操作、使用方法及工藝要求，并對實驗結(jié)果進行了討論，探討了多端羥基聚氨酯當(dāng)量固化溫度和時間，對膠粘劑的耐水性能以及乙組份固含量和貯存時間對粘接性能的影響進行了考察。

雙組份膠粘劑；合成；粘接性能；剝離強度

引 言

雙組份高強度聚氨酯膠粘劑是由甲、乙兩部分組成，甲組份為聚合多元醇，乙組份為NCO—端基多異氰酸酯聚合物。該膠粘劑具有優(yōu)良的粘接性能，耐沖擊、耐油、耐老化、耐高溫，合成工藝簡單，使用方便，適合于金屬與極性高分子等材料之間的粘接。

1 原料與規(guī)格(見表1)

表1 主要原料

2 實驗部分

2.1 甲組份的制備

2.1.1 主要反應(yīng)原理

二元酸和過量的二元醇、三元醇在催化劑鈦酸四丁酯的作用下，經(jīng)過脫水縮合反應(yīng)生成羥基封端(—OH)的聚酯[1]。其主要反應(yīng)可表示為式(1)。

(1)

式中：R：—(CH2)4—；R′：—(CH2)2—；

2.1.2 實驗操作

將摩爾比為1.000∶1.009∶0.224的二元酸、二元醇和三元醇，依次加入配有電動攪拌器、球形回流冷凝器、直管臥式冷凝器和溫度計的三口燒瓶中，加熱升溫至120 ℃～140 ℃，開動攪拌器。當(dāng)溫度升至160 ℃時，開始逸出縮合反應(yīng)水。逐步升溫(10 ℃/30 min)至液相溫度220 ℃時，保持反應(yīng)約4 h。然后，將液相溫度降至(170±5)℃，加入催化劑，開始抽真空強化脫水縮合反應(yīng)。直至酸值小于1為合格。降溫至120 ℃以下出料。翌日，分析羥值、酸值及水份含量。

將以上制備的多羥基聚酯按固含量要求配入乙酸乙酯，室溫充分溶解，用容器密封包裝，即為甲組份。

2.2 乙組份的制備

將TMP和2，4-TDI按1∶3的摩爾比和一定的乙酸乙酯加入配有電攪拌器和溫度計的三口燒瓶中，在溶劑中進行加成反應(yīng)，生成鏈端基含有異氰酸酯基的聚合物[2]。其主要反應(yīng)方程式為式(2)。

(2)

2.3 雙組份高強度聚氨酯膠粘劑的配制和使用

2.3.1 主要反應(yīng)原理

將甲、乙兩組份按一定比例混合均勻，成膠過程主要是氨基甲酸酯的擴鏈和交聯(lián)，見式(3)。

(3)

2.3.2 實驗操作

將甲、乙兩組份按比例(1.0∶1.1～1.2)置于干燥潔凈容器中充分混合均勻。這樣一次性的配制料，使用適應(yīng)期為4 h～6 h，但在使用過程中若黏度增大，可適當(dāng)補加乙酸乙酯，以延長使用時間。

2.3.3 使用方法和工藝要求

被粘物表面處理應(yīng)符合如下條件，方能得到較理想的效果：

1) 表面潔凈(脫脂、除污及干燥)；

2) 增加黏著表面積；

3) 提高表面活化能。

對于非金屬材料可用溶劑(如，丙酮、乙酸乙酯等)將表面進行擦洗；對金屬材料可用砂紙打磨(最好噴砂處理)除銹、脫脂去污，保持清潔干燥。

將表面處理好的被粘物涂上厚度0.1 mm～0.2 mm底膠，在室溫下放置5 min～10 min進行黏合(或澆注灌封)，在室溫下靜置24 h～48 h，即能獲得預(yù)計的效果。

3 結(jié)果及討論

本實驗對甲、乙兩組份配比、多羥基聚酯當(dāng)量、固化溫度和時間，黏合劑的耐水性能以及乙組份固含量和貯存時間對黏接性能的影響逐一進行了考察，選用的被粘物是各種金屬與澆注型聚氨酯橡膠。該澆注型聚氨酯橡膠的性能如表2。

表2 澆注型聚氨酯橡膠物理機械性能

3.1 多端羥基聚酯當(dāng)量的影響

本實驗采用甲、乙兩組份固含量和配比不變，實驗結(jié)果如表3。

表3 聚酯當(dāng)量對粘接性能的影響

由表3可看出，聚酯當(dāng)量對粘接性能影響較大。聚酯當(dāng)量大于456和小于277時，其粘接強度都呈下降趨勢。表明聚酯當(dāng)量控制在277～456為宜。

3.2 甲、乙組份配比的影響

采用相同甲組份和乙組份，改變配比進行黏接實驗，其結(jié)果如表4。

表4 甲、乙組份配比的影響

表4表明，甲、乙組份配比對粘接強度有一定影響，乙組份用量太少(40份)或太多(160份)時其粘接性能呈下降趨勢，同時也不難看出，甲、乙組份配比范圍比較大，給操作帶來很大方便。

3.3 固化溫度和時間的影響

本實驗采用相同配方、工藝條件和粘接物，改變固化時間，考察了其對粘接效果的影響，其結(jié)果如表5。

表5 固化溫度和時間的影響

由表5可看出，固化溫度和時間對黏接強度影響非常大。常溫48 h和120 ℃下2 h均能達到預(yù)期的粘接效果。

本實驗選擇甲、乙兩組份2種常用配比膠粘劑，以金屬與澆注型聚氨酯橡膠作被粘物，粘接好的試樣置于室溫下在天然海水和自來水中浸泡180 d，其實驗結(jié)果如表6。

表6 雙組份高強度膠粘劑的耐水性能[粘接強度(剝離，kN/m)]

從表6可以看出，在水中長期浸泡其粘接強度顯著下降，耐水性能欠佳。但是，表6僅為一次性實驗結(jié)果，且浸泡過程中曾一度為冷凍狀態(tài)，故此實驗數(shù)據(jù)僅供參考。

3.4 乙組份固化量對貯存時間的影響

本實驗采用2種不同固含量的乙組份，密封包裝，置于陰涼(常溫)處6個月后測定指標(biāo)[—NCO(%)]變化。然后用同一種甲組份匹配(100∶100)，進行粘接實驗，其結(jié)果如表7。

表7 乙組份固含量和貯存時間的影響

由表7可看出，乙組份在貯存過程中，雖然其含量有所下降，但對粘接性能影響不大。

4 結(jié)論

雙組份高強度聚氨酯膠粘劑國內(nèi)均有工業(yè)生產(chǎn)，來源十分方便。同時，合成工藝簡單，質(zhì)量穩(wěn)定，使用方便。

雙組份高強度聚氨酯膠粘劑具有優(yōu)良的粘接性能，極大地提高了聚氨酯彈性體的使用壽命，節(jié)省成本，提高了利用率，同時其耐油、耐高溫及耐老化性能非常好。

[1] 山西省化工研究所.聚氨酯彈性體[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:233-235.

[2] 葉青萱.水系聚氨酯膠粘劑[J].聚氨酯工業(yè),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

李鮮英，女，1966年出生，本科在讀，工程師。

科研與開發(fā)

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

TQ323.8；TQ43

A

1004-7050(2016)05-0040-03