一种聚氨酯胶粘剂底涂剂的制备与性能研究

一种聚氨酯胶粘剂底涂剂的制备与性能研究
以中等相对分子质量的聚醚二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、硅烷偶联剂等为原料，合成了一种用于提高汽车挡风玻璃与聚氨酯胶粘接力的底涂剂，探讨了2种硅烷偶联剂的配比和预聚体掺量对底涂剂性能的影响。

结果表明，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷∶γ-巯丙基三乙氧基硅烷的质量比为13.5∶9和预聚体掺量为12%时，底涂剂的综合性能最好，并且老化性能优异。

标签：聚氨酯胶粘剂；硅烷偶联剂；底涂剂
2015年我国汽车年产量达到2 460万辆，2016年预计达到2 600万辆，产销量已连续5年位居世界第1位。

汽车挡风玻璃普遍采用单组分湿固化的聚氨酯密封胶粘接密封，全世界90%以上的汽车挡风玻璃采用直接装配法工艺，发达国家则完全使用胶粘剂粘接挡风玻璃[1，2]，聚氨酯密封胶还被广泛应用于建筑工程、航空航天、医疗卫生和木材加工等领域[3]。

挡风玻璃的黑色陶瓷涂层使得玻璃表面更加致密，使得单组分聚氨酯胶粘剂难以湿润、渗透挡风玻璃的陶瓷涂层而达不到粘接密封效果。

因此，在玻璃与聚氨酯胶粘剂之间需要先涂刷一层清洁活化剂，彻底清洁基材表面，再涂刷一层底涂剂以达到提高粘接强度的目的[4，5]。

这就要求底涂剂对基材和聚氨酯胶粘剂均具有良好的粘接力，并且底涂剂的表干时间应小于15 min，以满足主机厂装配线的要求。

为了保障在各种气候条件下行车及突发事件时的安全，还需要考察底涂剂对基材和聚氨酯胶粘剂在各种老化条件下的粘接能力的影响[6]。

本研究采用中等相对分子质量的聚醚二元醇和IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）及扩链剂（二缩三乙二醇）制备预聚体，将预聚体、炭黑、溶剂和分散剂一起在双行星搅拌釜中搅拌均匀，形成色浆，然后将色浆、粘接促进剂、溶剂和催化剂等一起研磨后制得聚氨酯底涂剂。

该底涂剂粘接性能优异、成膜性好、表干快速以及老化性能优异。

1 实验部分
1.1 主要原料
聚醚多元醇（ARCOL 1021）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），工业级，拜耳公司；二缩三乙二醇（TEG），分析纯，市售；炭黑（CABOT 880），卡博特化工有限公司；二月桂酸二丁基锡，工业级，市售；硅烷偶联剂A-187，A-189，工业级，迈图；分散剂（BYK-161），工业级，毕克化学有限公司；乙酸乙酯、二甲苯，分析纯，市售；聚氨酯密封胶（MF613），工业级，郑州中原思蓝德高科股份有限公司。

1.2 合成工艺
1.2.1 预聚体的制备
将ARCOL 1021在（100～120）℃下真空干燥3 h，降温至70 ℃加入IPDI，升温并保持温度为（75～80）℃，反应2 h，加入催化剂继续反应0.5 h，再加入TEG继续反应1.5 h制得NCO封端的预聚体。

1.2.2 色浆的分散
将预聚体70份（质量份，下同）、炭黑40份、二甲苯40份、分散剂40份在双行星搅拌釜中搅拌40 min，制成色浆备用。

1.2.3 底涂剂的制备
将30份色浆、2.7份A-187、1.8份A-189、31份乙酸乙酯、15份二甲苯和0.18份二月桂酸二丁基锡加入到篮式砂磨机中，研磨40 min制得底涂剂。

1.3 试样制备
选用浮法玻璃试片的尺寸：80 mm×40 mm，电泳漆钢板的尺寸：100 mm×25 mm，基材表面用丙酮等溶剂擦拭去除油污、灰尘，干燥后用脱脂棉纱布蘸取清洁活化剂均匀刷涂于基材表面，10 min后用脱脂棉纱布蘸取底涂剂均匀刷涂于已涂过活化剂的表面，15 min后涂覆MF613聚氨酯胶粘剂，玻璃试片与钢板用密封胶平行搭接成25 mm×12.5 mm，厚度约4 mm的胶层，用刮刀刮去多余的胶料。

活化剂和底涂剂的刷涂面积应大于搭接面积。

1.4 测试性能
1）表干时间
表干时间按照GB/T 1728—1979[7]测试，在标准条件下，用脱粘棉纱布蘸取少量底涂剂样品，均匀涂于玻璃试片上。

在距膜边缘不小于1 cm的范围内，每隔1 min在底涂剂膜表面上轻轻放一个脱脂棉球，用嘴距棉球10～15 cm，沿水平方向轻吹棉球，如能吹走，膜面不留有棉絲，即认为表干。

2）粘接力
剪切强度按照GB/T 7124—2008[8]测试，制备的试样在标准条件下放置7 d 后，在拉力试验机上测试，拉伸速度50 mm/min。

如果出现界面破坏，测量界面破坏面积，计算界面破坏面积占整体破坏截面的比例。

破坏类型按照GB/T 16997—1997[9]测试。

3）老化性能
制备的剪切试样在标准条件下放置7 d后，分别在下列条件下放置后取出再
进行剪切强度测试，并与标准条件下的测量值比较，计算变化率。

条件如下：
1）120 ℃/3 h；2）40 ℃/72 h浸水；3）清洁剂1 d；4）90 ℃/300 h；5）[70℃，95（RH）%]/300 h；6）氙灯老化/300 h；7）高低温交变5个循环。

2 结果与讨论
2.1 A-187与A-189比例对底涂剂粘接力的影响
其他条件保持不变，改变A-187与A-189的质量比，观察其对底涂剂粘接力的影响，结果见表1。

由表1可以看出，适当提高A-187的比例可以明显提高底涂剂的粘接力。

当A-187∶A-189质量比为13.5∶9时，底涂剂与聚氨酯胶粘剂和基材均有很好的粘接力，且破坏形式为100%内聚破坏。

2.2 预聚体掺量对底涂剂表干时间的影响
其他条件保持不变，改变预聚体掺量，观察其对底涂剂表干时间的影响，结果见表2。

由表2可以看出，预聚体掺量对底涂剂的表干时间有较大影响，综合考虑，预聚体掺量在6%时较适宜。

2.3 底涂剂老化性能的测试
为了保障在各种气候条件下行车及突发事件时的安全，考查了底涂剂对基材和聚氨酯密封胶在各种老化条件下的粘接能力，实验数据见表3。

由表3可以看出，经过各种老化试验后，底涂剂对基材和聚氨酯胶粘剂的粘接性良好，破坏形式均为100%内聚破坏，强度变化率均在±20%以内。

3 结论
（1）以中等相对分子质量的聚醚二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、硅烷偶联剂等为原料制备的底涂剂，可明显增强聚氨酯胶粘剂与挡风玻璃之间的粘接强度。

（2）当A-187与A-189的质量比为13.5∶9时，粘接力较好。

（3）当底涂剂掺量为6%时，表干时间15 min，剪切强度4.6 MPa。

（4）该底涂剂在各种老化条件下均能保持良好的粘接力。

参考文献
[1]杨世芳，代化，管蓉.玻璃用胶粘剂的研究进展与展望[J].粘接，2004，25（6）：24-27.
[2]朱长春，翁汉元，吕国会，等.国内外聚氨酯工业最新发展状况[J].化学推进剂与高分子材料，2012，10（5）：7-26.
[3]陈淼，尹业琳，刘亚琼，等.双组分聚氨酯密封胶的制备与性能研究[J].中国胶粘剂，2016，25（10）：32-35.
[4]杜慧翔，黄活阳，王文鹏.等/硅烷偶联剂的偶联作用机理及其在密封胶中的应用[J].化学与黏合，2013，35（2）：63-65.
[5]张建安，杨建军，吴庆云，等.硅烷偶联剂在聚氨酯密封胶中的应用[J].化工进展，2005，24（3）：260-264.
[6]HG/T 4363-2012，汽车车窗玻璃用单组份聚氨酯胶粘剂[S].
[7]GB/T 1728-1979，漆膜、腻子膜干燥时间测定方法[S].
[8]GB/T 7124-2008，胶粘剂拉伸剪切强度的测试（刚性材料对刚性材料）[S].
[9]GB/T 16997-1997，胶粘剂主要破坏类型的表示方法[S].。