從分子角度闡述聚氨酯膠水的配方設(shè)計原理：1

前序




膠粘劑的設(shè)計是以獲得最終使用性能為目的,對聚氨酯膠粘劑進行配方設(shè)計,要考慮到所制成的膠粘劑的施工性(可操作性)，固化條件及粘接強度，耐熱性，耐化學品性，耐久性等性能要求。







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聚氨酯分子設(shè)計—結(jié)構(gòu)與性能










聚氨酯由于其原料品種及組成的多樣性,因而可合成各種各樣性能的高分子材料，例如從其本體材料(即不含溶劑)的外觀性嚴主講,可得到由柔軟至堅硬的彈性體，泡沫材料，聚氨酯從其本體性質(zhì)(或者說其固化物)而言,基本上屆彈性體性質(zhì),它的一些物理化學性質(zhì)如粘接強度，機械性能，耐久性，耐低溫性，耐藥品性,主要取決于所生成的聚氨酯固化物的化學結(jié)構(gòu)，所以,要對聚氨酯膠粘劑進行配方設(shè)計,首先要進行分子設(shè)計,即從化學結(jié)構(gòu)及組成對性能的影響來認識，有關(guān)聚氨酯原料品種及化學結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。







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從原料角度對PU膠粘劑制備進行設(shè)計







聚氨酯膠粘劑配方中一般用到三類原料:一類為NCO類原料(即二異氰酸酯或其改性物、多異氰酸酯),一類為oH類原料(即含羥基的低聚物多元醇、擴鏈劑等,廣義地說,是含活性氫的化合物,故也包括多元胺、水等),另有一類為溶劑和催化劑等添加劑，從原料的角度對聚氨酯膠粘劑進行配方設(shè)計,其方法有下述兩種。










由上述原料直接配制







最簡單的聚氨酯膠粘劑配制法是0H類原料和NCO類原料(或及添加劑)簡單地混合，直接使用，這種方法在聚氨酯膠粘劑配方設(shè)計中不常采用,原因是大多數(shù)低聚物多元醇分子量較低(通常聚醚 Mr<6000,聚酯Mr<3000),因而所配制的膠粘劑組合物粘度小，初粘力小，有時即使添加催化劑,固化速度仍較慢,并且固化物強度低, 實用價值不大，并且未改性的TDI蒸氣壓較高,氣味大，揮發(fā)毒性大,而MDI常溫下為固態(tài),使用不方便,只有少數(shù)幾種商品化多異氰酸酯如PAPlDesmodur RDesmodur RFCoronate L等可用作異氰酸酯原料。 不過,有幾種情況可用上述方法配成聚氨酯膠粘劑例如：


1)由高分子量聚酯(Mr5000-50000)的有機溶液與多異氰酸酯溶液(如Coronate L)組成的雙組分聚氨酯膠粘劑,可用于復合層壓薄膜等用途,性能較好，這是因為其主成分高分子量聚酯本身就有較高的初始粘接力,組成的膠粘劑內(nèi)聚強度大;

2)由聚醚(或聚酯)或及水，多異氰酸酯，催化劑等配成的組合物,作為發(fā)泡型聚氨酯膠粘劑，粘合劑,用于保溫材料等的粘接制造等,有一定的實用價值。







NCO類及OH類原料預(yù)先氨酯化改性







如上所述,由于大多數(shù)低聚物多元醇的分子量較低,并且TDI揮發(fā)毒性大,MDI常溫下為固態(tài),直接配成膠一般性能較差,故為了提高膠粘劑的初始粘度，縮短產(chǎn)生一定粘接強度所需的時間,通常把聚醚或聚酯多元醇與TDI或MDI單體反應(yīng),制成端NCO基或OH基的氨基甲酸酯預(yù)聚物,作為NCO成分或OH成分使用。







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從使用形態(tài)的要求設(shè)計PU膠




從聚氨酯膠粘劑的使用形態(tài)來分,主要有單組分和雙組分。




單組分聚氨酯膠粘劑




單組分聚氨酯膠粘劑的優(yōu)點是可直接使用,無雙組分膠粘劑使用前需調(diào)膠之麻煩，單組分聚氨酯膠粘劑主要有下述兩種類型。

1)以一NCO為端基的聚氨酯預(yù)聚物為主體的濕固化聚氨酯膠粘劑,合成反應(yīng)利用空氣中微量水分及基材表面微量吸附水而固化,還可與基材表面活性氫基團反應(yīng)形成牢固的化學鍵，這種類型的聚氨酯膠一般為無溶劑型,由于為了便于施膠,粘度不能太大,單組分濕固化聚氨酯膠粘劑多為聚醚型,即主要的含一OH原料為聚醚多元醇，此類膠中游離NCO含量究竟以何程度為宜,應(yīng)根據(jù)膠的粘度(影響可操作性)，涂膠方式，涂膠厚度及被粘物類型等而定,并要考慮膠的貯存穩(wěn)定性

2)以熱塑性聚氨酯彈性體為基礎(chǔ)的單組分溶劑型聚氨酯膠粘劑,主成分為高分子量端OH基線型聚氨酯,羥基數(shù)很小,當溶劑開始揮發(fā)時膠的粘度迅速增加,產(chǎn)生初粘力,當溶劑基本上完全揮發(fā)后,就產(chǎn)生了足夠的粘接力,經(jīng)過室溫放置,多數(shù)該類型聚氨酯彈性體中鏈段結(jié)晶,可進一步提高粘接強度,這種類型的單組分聚氨酯膠一般以結(jié)晶性聚酯作為聚氨酯的主要原料。單組分聚氨酯膠另外還有聚氨酯熱熔膠,單組分水性聚氨酯膠粘劑等類型。

雙組分聚氨酯膠粘劑




雙組分聚氨酯膠粘劑由含端羥基的主劑和含端NCO基團的固化劑組成,與單組分相比,雙組分性能好,粘接強度高,且同一種雙組分聚氨酯膠粘劑的兩組分配比可允許一定的范圍,可以此調(diào)節(jié)固化物的性能,主劑一般為聚氨酯多元醇或高分子聚酯多元醇,兩組分的配比以固化劑稍過量,即有微量NCO基團過剩為宜,如此可彌補可能的水分造成的NCO損失,保證膠粘劑產(chǎn)生足夠的交聯(lián)反應(yīng)。




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根據(jù)性能要求設(shè)計PU膠




若對聚氨酯膠粘劑有特殊的性能要求,應(yīng)根據(jù)聚氨酯結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進行配方設(shè)計, 不同的基材,不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境,往往對聚氨酯膠有一些特殊要求,如在工業(yè)化生產(chǎn)線上使用的聚氨酯膠要求快速固化,復合軟包裝薄膜用的聚氨酯膠粘劑要求耐酸耐水解,其中耐蒸煮軟包裝用膠粘劑還要求一定程度的高溫粘接力,等等。










耐高溫




聚氨酯膠粘劑普遍耐高溫性能不足,若要在特殊耐溫場合使用,可預(yù)先對聚氨酯膠粘劑進行設(shè)計,有幾個途徑可提高聚氨酯膠的耐熱性,如：

1)采用含苯環(huán)的聚醚,聚酯和異氰酸酯原料;

2)提高異氰酸酯及擴鏈劑(它們組成硬段)的含量;

3)提高固化劑用量;

4)采用耐高溫熱解的多異氰酸酯(如含異氰脲酸酯環(huán)的),或在固化時產(chǎn)生異氰脲酸酯;

5)用比較耐溫的環(huán)氧樹脂或聚砜酰胺等樹脂與聚氨酯共混改性,而采用pN技術(shù)是提高聚合物相容性的有效途徑。




耐水解性




聚酯型聚氨酯膠粘劑的耐水解性較差,可添加水解穩(wěn)定劑(如碳化二亞胺?環(huán)氧化合物等)進行改善,為了提高聚酯本身的耐水解性,可采用長鏈二元酸及二元醇原料(如癸二酸,1,6—己二醇等),有支鏈的二元醇如新戊二醇原料也能提高聚酯的耐水解性?聚醚的耐水解性較好,有時可與聚酯并用制備聚氨酯膠粘劑,在膠粘劑配方中添加少量有機硅偶聯(lián)劑也能提高膠粘層的耐水解性。





提高固化速度




提高固化速度的一種主要方法是使聚氨酯膠粘劑有一定的初粘力,即粘接后不再容易脫離,因而提高主劑的分子量,使用可產(chǎn)生結(jié)晶性聚氨酯的原料是提高初粘力和固化速度的有效方法,有時加入少量三乙醇胺這類有催化性的交聯(lián)劑也有助于提高初粘力，添加催化劑亦為加快固化的速度。


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