聚氨酯胶粘剂-概述课件.ppt
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1、聚氨酯胶粘剂 概述 南京林业大学-季永新,1,聚氨酯胶粘剂(Polyurethane Adhesive)是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团(NHCOO)和/或异氰酸酯基(NCO)的胶粘剂。它具有优异的性能,且应用领域广泛。德国Bayer公司的聚氨酯胶粘剂专家Gunter Festel指出:聚氨酯胶粘剂的多样性几乎为每一种粘接难题都准备了解决的方法。,聚氨酯胶粘剂,2,谢谢观赏,2019-5-18,聚氨酯胶黏剂因含有极性很强、化学活泼性很高的异氰酸酯基和氨酯基,它与含有活泼氢的材料,如泡沫塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料和金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有着优良的化学胶接力。,
2、聚氨酯胶黏剂的特点,3,谢谢观赏,2019-5-18,调节聚氨酯树脂的配方可控制分子链中软缎与硬段比例及结构,制成不同硬度和伸长率的胶黏剂。可加热固化,也可以室温固化。固化属于加聚反应,没有副产物产生,因此不易使胶合层产生缺陷。,4,谢谢观赏,2019-5-18,低温和超低温性能特别优良,超过所有其他类型的胶黏剂。其胶合层可在-196,甚至-253 下使用。具有良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧及防霉菌等性能。,5,谢谢观赏,2019-5-18,聚氨酯树脂的合成,聚氨酯的合成有多种途径,但广泛应用的是二元、多元异氰酸酯与末端含羟基的聚酯多元醇或聚醚多元醇进行反应。当只用双官能团
3、反应物时,可以制成线型聚氨酯。,6,谢谢观赏,2019-5-18,7,谢谢观赏,2019-5-18,若用含OH或含NCO组分的官能度是三或更多,则生成有支链或交联的聚合物。最普通的交联反应是多异氰酸酯与三官能度的多元醇反应的交联结构。,8,谢谢观赏,2019-5-18,9,谢谢观赏,2019-5-18,聚氨酯树脂固化剂,聚氨酯 脂固化剂为异氰酸酯封端的预聚体,有加成物、缩二脲及三聚体等,主要用于带有活泼氢的树脂的交联固化,以提高树脂的综合性能。,10,谢谢观赏,2019-5-18,加成物,11,谢谢观赏,2019-5-18,三聚体,12,谢谢观赏,2019-5-18,缩二脲,13,谢谢观赏,2
4、019-5-18,一、溶剂型聚氨酯胶粘剂,溶剂型聚氨酯胶粘剂有单组份和双组份二种,分酯溶和醇溶两种,主要用于复膜、制鞋和结构胶接等。,14,谢谢观赏,2019-5-18,1、PU复膜胶,溶剂型聚氨酯复膜胶大多为双组份,由异氰酸酯与聚酯或聚醚扩链得到端OH基的预聚体,使用时加一定量NCO组分交联固化。如现在的乙酸乙酯为溶剂的复膜胶。,15,谢谢观赏,2019-5-18,国产PU胶粘剂用于耐蒸煮复合材料,特别是用于铝塑结构复合包装材料的粘接,存在质量不稳定、粘接强度不高等弊病,所以国内用于耐蒸煮铝塑复合结构的胶粘剂及其技术设备还主要依赖进口。,16,谢谢观赏,2019-5-18,OH基预聚体中的聚
5、酯对耐热性有较大影响,合成聚酯的苯二甲酸耐热顺序为:对苯二甲酸间苯二甲酸邻苯二甲酸 但酯化活性以对苯二甲酸最低,一般用对苯二甲酸二甲酯酯交换制备-OH聚酯。,17,谢谢观赏,2019-5-18,耐蒸煮-OH聚酯,18,谢谢观赏,2019-5-18,将对苯二甲酸二甲酯和所有醇及催化剂投入反应釜中,在氮气保护下升温至 130以上时,物料熔融。开启搅拌,150则酯交换开始,160200下酯交换反应约 2h 可蒸出理论值95%的甲醇。然后加入间苯二甲酸、己二酸、癸二酸于 180200进行混合酯化。当酸值 20 时,慢慢减压抽真空至余压 0.10.3kPa,于 240下进行缩聚反应。,耐蒸煮-OH聚酯的
6、合成工艺,19,谢谢观赏,2019-5-18,复膜胶主剂的合成,将聚酯多元醇与二异氰酸酯按比例加入反应釜中,搅拌升温至 85反应 2h,添加环氧树脂在 120改性反应 2h,加入溶剂、偶联剂稀释搅拌均匀,冷却出料即为耐蒸煮聚氨酯复膜胶主剂,20,谢谢观赏,2019-5-18,由于聚氨酯中氨基甲酸酯键在高温下易于分解,耐热性能较差,通过环氧与异氰酸酯基团的反应在聚氨酯分子中引入了噁唑烷酮(oxazolidone,OX)基团。噁唑烷酮 基是一种杂原子环,其热分解温度高达300以上,具有优良的耐热性能,可以提高复膜胶高分子的耐热性能。,21,谢谢观赏,2019-5-18,据报导,在聚氨酯中配合使用硅
7、烷偶联剂后不仅能提高粘接强度,更主要的是显著改善粘接的耐水性及耐久性。表中给出了聚氨酯胶黏剂中添加硅烷偶联剂前后对钢、铝粘接强度的变化,表明引入适当的硅烷偶联剂,提高了耐湿热粘接强度,改善了胶黏剂的性能。,22,谢谢观赏,2019-5-18,纸塑复膜胶,纸塑复合就是将纸或纸板印刷品与光滑的薄膜用胶粘剂贴合成一体。这样可改善印刷品的外观,并赋予其防潮、防油污、耐磨擦及防伪等特性,增加了印刷制品的保护机能,显著提高印刷品的实用价值。复合的薄膜制品可广泛用于各种化妆品、药品、酒类和食品等的包装纸盒,以及图书封面、挂历等领域。,23,谢谢观赏,2019-5-18,将聚醚、乙二醇扩链剂依次加反应釜中,真
8、空脱水后,加人计量的TDI和溶剂,反应温度控制在90一100之间,回流反应4-5小时,降温后加入溶剂稀释至固含量为(50士2)%,即得预聚物溶液(简称主剂)。合成主剂的-NCO/-OH=0.970.99,聚醚:乙二醇=1.65:1.00(mol)。一定量的扩链剂有助于提高剥离强度。,主剂的制备,24,谢谢观赏,2019-5-18,配胶:,将主剂与固化剂(可自制TDI与TMP的加成物)按质量比10:(1一2)混合,以醋酸乙醋为溶剂,调配成质量分数为20%一25%的胶液。将胶液涂于经电晕处理的薄膜单面,经红外灯(70一80)烘烤15秒,与彩印纸贴合,稍加压。,25,谢谢观赏,2019-5-18,复
9、合薄膜主要用于食品、医药、化妆品及饮料等的软包装,我国自1980年开始引进 日本复合薄膜生产技术及设备,现在复合薄膜生产线有300多条,其中引进设备占一半,我国于1984年生产食品复合薄 膜包装用聚氨酯胶粘剂,主要用于包装食品的普通塑塑、铝塑复合膜胶粘剂 和耐煮沸消毒用复合薄膜胶粘剂。,26,谢谢观赏,2019-5-18,鞋用胶,聚氨酯胶粘剂自20世纪40年代问世以来因具有卓越的耐低温、耐水、耐油等性能,且粘接强度高、柔韧性好,而被广泛应用于制鞋工业。我国是世界上最大的制鞋国家,中国制鞋企业年产量突破100亿双,占世界年总产量份额的68%。若每双鞋用胶量以1525 g计算,则年需聚氨酯胶粘剂1
10、525万t。,27,谢谢观赏,2019-5-18,鞋用不黄变聚氨酯胶粘剂,材料:聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA1000、PBA3000、PBA5000):工业级。异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI):工业级。1,4-丁二醇(BDO):工业级。二月桂酸二丁基锡:化学纯。丁酮:化学纯。,28,谢谢观赏,2019-5-18,一定量的聚酯二元醇加热升温至100 120,真空脱水降温至一定温度,加入扩链剂,并快速搅拌使其与聚酯完全均匀混合,然后加入二异氰酸酯及催化剂,快速搅拌并抽真空脱泡5 10 min。当气泡抽完粘度达到一定时,停止搅拌、解除真空,挤塑成粒。然后以丁酮为溶剂,将其溶解为固含量20%的溶液胶。N
11、CO/OH=0.951.00,工艺:,29,谢谢观赏,2019-5-18,聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)的分子量为3000的性能较好,扩链剂(BDO)与PBA的比例:nBDO/nPBA=1.2/1,30,谢谢观赏,2019-5-18,聚氨酯鞋用胶的改性,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)卤化加成物同羟基聚氨醋的共混。提高PU胶的粘接性能。增粘性聚合物,提高PU胶的初粘力和固化速度。PU胶基础液 80 88SBS改性剂 5 15增粘剂 24,31,谢谢观赏,2019-5-18,提高鞋用胶的初粘性,为了提高PU鞋用胶的初粘强度,采用用高偶碳数二元酸合成聚酯二醇提高胶粘剂的结晶性,掺混增粘
12、树脂改性。高偶碳数二元酸有壬二酸、癸二酸等。固化剂的类型对初粘性也有影响,研究发现TDI三聚体的初粘性最好。,32,谢谢观赏,2019-5-18,2、醇溶性聚氨酯复膜胶,溶剂型复膜胶缺点:溶剂有毒及会在复合材料中易引起异味和溶剂残留的问题。水性复膜胶的缺点:干燥速度慢。醇溶性复膜胶:无毒、干燥快。,33,谢谢观赏,2019-5-18,固化体系为:,双组分体系:一为含氨基的异氰酸预聚体二为带环氧基的预聚体,34,谢谢观赏,2019-5-18,组分,醇溶性共聚单体:,35,谢谢观赏,2019-5-18,醇溶性极性单体:,36,谢谢观赏,2019-5-18,醇溶性环氧单体:,37,谢谢观赏,2019
13、-5-18,共聚环氧基树脂,38,谢谢观赏,2019-5-18,共聚环氧基树脂,39,谢谢观赏,2019-5-18,组分,预聚聚醚为:聚丙二醇、聚乙二醇预聚多元胺为:乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺,40,谢谢观赏,2019-5-18,41,谢谢观赏,2019-5-18,42,谢谢观赏,2019-5-18,例1:醇溶胶环氧组分,丙烯酸乙酯15甲基丙烯酸缩水甘油酯6醋酸乙烯5丙烯酸羟乙酯4工业酒精50偶氮二异丁腈0.2,43,谢谢观赏,2019-5-18,在装有搅拌器、冷凝管、恒压滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中,加入适量EA和工业酒精,边搅拌边升温至76C,滴加含有引发剂AIBN的混合单体(EA、B
14、A、HEA、AA、GMA),滴加时间约为2 h;滴加完毕后升温至80C,补加剩余引发剂,保温5 h。降温至50C以下出料。合成的双组分复合胶主剂为侧链含环氧基团的丙烯酸酯预聚体。,44,谢谢观赏,2019-5-18,采用极性较大的丙烯酸酯单体,如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、醋酸乙烯酯等在保证醇溶性的基础上,尽可能使羟基丙烯酸酯的用量最少(如丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯),以保证胶膜的耐水性环氧单体中商业化的有丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚,研究表明丙烯酸环氧单酯能大大提高粘接性能,但用量太大醇溶性下降,环氧基聚丙烯酸酯制备要点,45,谢谢观赏,2019-5-18,上述合成的含环氧基的聚丙烯酸酯树
15、脂作为无溶剂PU胶的环氧组分,也有直接用828型环氧树脂的。,46,谢谢观赏,2019-5-18,醇溶胶乙组分,IPDI30聚丙二醇1000301,4丁二醇6二月桂酸二丁基锡0.2丙酮3二乙烯三胺7工业酒精50 上述合成的端氨基聚氨酯作为另一组分,47,谢谢观赏,2019-5-18,将聚醚二元醇在110C下真空脱水2 h,降温到50C时加入计量的二异氰酸酯,缓慢升温后,在8090 C条件下反应2 h,在低温条件下缓慢将上述合成的预聚体加入到溶有多元胺的工业酒精溶液中进行封端,反应0.5h后出料。合成的固化剂为胺基封端的聚氨酯预聚体。,48,谢谢观赏,2019-5-18,2、无溶剂PU,无溶剂型
16、复膜胶具有明显优点:无任何溶剂挥发,原料全部利用;不需要烘道除去溶剂,属于节能无排放技术,上胶量少,节省原料、降低能耗,可高速运转(300m/min),提高劳动生产率和经济效益。目前无溶剂PU胶以进口及合资为主。,49,谢谢观赏,2019-5-18,在25下,胶水的粘度范围较广,A组分粘度大致在1000一9000mPa.S,B组分400一7000mPa.s。在高的粘度下,胶水的涂布性能受到影响,需要通过提高胶水温度来降低粘度,通过研究、总结和上机试胶发现,胶水的涂布粘度一般在700-3500Pa.s,涂布温度一般要30一40C,也有些粘度更高的胶水需要温度更高,以保证良好的涂布性。,无溶剂复合
17、胶的粘度,50,谢谢观赏,2019-5-18,无溶剂型双组份聚氨醋复合粘合剂,从A和B组分混合起,反应就开始了,混合后的胶水随时间延长粘度不断上升,因此,胶水要即配即用,不可混合后长时间放置不用,一般混合后的胶水经过30min后粘度明显变大,就不能再使用,需要换新胶。,51,谢谢观赏,2019-5-18,无溶剂PU复膜胶制备方法:,无溶剂PU胶构成:NCO组分:由聚酯或聚醚与过量的MDI预聚得到NCO含量1518%OH组分:由蓖麻油或聚醚改性的聚酯多元醇OH羟值150170KOHmg/g,52,谢谢观赏,2019-5-18,异氰酸酯与聚酯或聚醚扩链得到端NCO的预聚体,使用时加一定量OH树脂交
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