水性聚氨酯配制方法

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水性聚氨酯

水性聚氨酯

水性聚氨酯引言为了减少涂料对环境的污染和对消费者健康的损害, 许多国家对溶剂型涂料的限制越来越严格, 从而使涂料由溶剂型向水基型的转变成为必然。

早在2005 年我国就已开始控制新的溶剂型涂料生产企业的审批, 到2008 年将对溶剂型涂料的生产和销售实行控制。

低污染涂料的发展方向有水性化、高固体分化和粉末化三种。

与其他两种涂料相比, 水性涂料因为具有来源方便、易于净化、成本低、黏度低、良好的涂布适应性、无毒性、无刺激及不燃性等特点, 已成为环境友好型涂料的主要发展方向。

一、水性聚氨酯涂料的性能聚氨酯( PU) 涂料是涂料业中增长速度最快的品种之一。

水性聚氨酯( WPU) 涂料是以水性聚氨酯树脂为基础, 以水为分散介质配制的涂料, 除具有水性涂料的特点以外, 它还有以下突出的优点:1)涂膜对塑料、木材、金属及混凝土等表面的附着力好, 抗磨性、耐冲击性好。

脂肪族聚氨酯水性涂料的户外耐久性好, 综合性能接近溶剂型聚氨酯涂料2) 和其他乳胶涂料相比, 其低温成膜性好, 不需要成膜助剂, 也不需要外加增塑剂、乳化剂或分散剂。

3) 容易通过交联反应进行改性, 可提高耐溶剂性和抗化学性, 改进耐水性, 对颜料( 包括金属颜料) 有良好的适应性, 也可提供高光泽涂膜。

所含羟基可以适用一些交联剂和固化剂, 可进一步改进涂膜性能。

4) PU 分子具有可裁剪性, 结合新的合成和交联技术可有效控制涂料的组成和结构, 为改进其性能提供了更多的途径。

WPU 诸多的优点, 使其成为目前发展最快的涂料品种之一。

2 水性聚氨酯涂料的研究进展WPU 分为单组分和双组分。

单组分WPU 涂料聚合物的对分子质量较大, 成膜过程中一般不发生交联反应, 具有施工方便的优点; 双组分WPU涂料由含羟基的水性树脂和含异氰酸酯基的固化剂组成, 施工前将两者混合, 成膜过程中发生交联反应, 涂膜性能好。

由于在水性聚氨酯分子中引入了亲水基团, 所以耐水性、耐溶剂性和耐候性等较差是WPU 涂料存在的主要问题, 为此, 近几年来国内外学者对WPU 的改性进行了大量研究, 并取得了很大进展。

汽车修补漆用水性聚氨酯金属闪光底色漆的配方设计及性能

汽车修补漆用水性聚氨酯金属闪光底色漆的配方设计及性能
性 漆已得到普遍应用 。目前 国内已经有 部分 汽车 4 S店采 用了水 性底 色漆 ,例如宝 马和奔驰 的 4 S店使 用的水性底 色 漆 ,而 日产汽车也已准备将所有 4 S店都转换成水性底
色漆 。
水 性底 色漆 发展 的初 期是 以水性 丙 烯酸乳 液为 主要 成膜物 质 ,具有 干燥 快、成本 低等优点 ,但水性丙烯酸底 色漆普遍存 在难 调色、层间附着力差 、耐水性 差的缺 点。 后来 ,为 了提高综合性能 ,水性底 色漆 开始 使用丙烯酸和 水性聚氨酯混拼体 系。而今市场 已出现 了纯聚氨酯的水性 底色漆 ,相 比于 已经研发 了几代 的水性 修补漆系统 ,新型 水性产 品应具有 以下优 势 : ( 1 )容 易使用( 像 溶剂型产品的 低 黏度及更好 的雾化效果 ;更好 的银粉 排列控制 、垂直稳 定性好 ;更好更快的颜色 驳口能 力 ;更 广阔的应用于各种 拌均匀后加入水性聚氨酯分散体 ,中速分散 3 0 m i n ,调节 p H值在 8 . 0 ~ 8 . 5之间。然后 ,将制得 的水性铝粉浆与去离 子水混合均匀后 ,在较低 的剪切速度下加入 到已 制好 的树 脂 液中 ,低 速搅拌下分散 5 ~l 0 m i n ,使漆液充分混合均 匀 。最后加入水性 C A B溶液缓慢搅拌 ,调节 D H 值和黏度 , 过滤制得水性金属 闪光底 色漆 。值得注意的是无论是水性 铝粉浆还是水性金属 闪光漆 的配制 ,均应在较低 的低 剪切 速率下进行 ,同时为 了使铝粉颜料产生金属 闪光效应 ,其
1 . 2 实验 配 方
修补漆用水性金属 闪光底 色漆 的配 方如表 l所示 。 1 . 2 . 1修补漆用水性金属 闪光底 色漆的制备工艺
首先 ,将分散剂加入到~定 比例 的水和溶 剂中 ,搅拌 均匀 , 再 加入 水性 铝粉 , 低 速搅拌均匀 ,浸泡 2 4 h ,备用。

高性能水性环保聚氨酯胶粘剂及施工工艺

高性能水性环保聚氨酯胶粘剂及施工工艺

高性能水性环保聚氨酯胶粘剂及施工工艺目前,世界合成胶粘剂发展的趋势突出表现为环保和高性能化[1]。

随着环保法规的日趋严格,各发达国家大力研制水性胶粘剂。

由于水性聚氨酯胶粘剂的综合性能优越,在各类水性胶粘剂中独树一帜,近年来受到国内外的广泛关注,特别是高性能水性聚氨酯胶粘剂的开发研究已成为热点课题。

1、水性聚氨酯水性聚氨酯是配制水性聚氨酯胶粘剂的基础物质和关键组分,它的性能直接决定胶粘剂的最终性能。

根据粒子所带电荷种类,水性聚氨酯可分为阴离子,阳离子,非离子三种类型。

水性聚氨酯的制备一般是先合成一定分子量的聚氨酯预聚体,然后在剪切力作用下将预聚体分散在水中。

目前其制备方法以亲水单体扩链、自乳化法为主(所谓亲水单体扩链法),即在聚氨酯预聚体的分子结构中引入亲水性扩链剂,所得聚合物无需外加乳化剂就能直接分散于水中形成水性聚氨酯。

亲水单体扩链法的合成工艺有溶剂法、预聚物分散水中扩链法、熔融分散缩聚法等。

早在四、五十年代,水性聚氨酯已有少量的研究,但由于贮存稳定性差等原因,这项研究工作进展不大,直到1972年德国Bayer公司正式将聚氨酯水分散液作为皮革涂料后,才开始迅速发展[8]。

据报道,1992年至1997年间水性聚氨酯的年平均增长率为8%[9]。

我国从70年开始研究水性聚氨酯,近年来研究工作也十分活跃[10]。

研制工作具有以下特点:(1)从产品结构来看,主要是乳液型,水溶性次之,胶乳型则不常见。

(2)从原料来看,多元醇主要用聚醚型,聚酯型次之,聚碳酸酯极少见。

异氰酸酯的品种更少,只有TDI,HDI、MDI仅见报道。

扩链剂多用醇类,胺类较少使用。

(3)从制备方法及种类来看,一般是自乳化,羧酸型、阴离子体系;外乳化,磺酸型,季铵盐型乳化体系较少;熔融分散,固体自发分散法等则未涉及。

(4)从理论与应用角度来看,着重应用开发,理论研究很少。

欲配制高性能水性聚氨酯胶粘剂,必须制备高性能水性聚氨酯。

大多数水性聚氨酯主要是线性热塑性聚氨酯,由于其涂膜没有交联,分子量较低,因而耐水性,耐溶剂性,胶膜强度等性能还较差。

如何配制水性聚氨酯

如何配制水性聚氨酯

如何配制水性聚氨酯社会的进步,科技的发展,人们环保意识的提高,推动环保产品的开发,聚氨酯因其优良的性能为人们越来越多的用来开发环保产品。

水性聚氨酯就是近年来关注的热点之一。

水性聚氨酯所用原料如下:1.低聚物多元醇:聚醚二醇、聚酯二醇、聚醚三醇、聚丁二烯二二醇、丙烯酸酯多元醇等水性聚氨酯胶粘剂制备中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酯二醇居多,有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇等小品种低聚物多元醇。

聚醚型聚氨酯低温柔顺性好,耐水性较好,且常用的聚氧化丙烯二醇(PPG)的价格比聚酯二醇低,因此,我国的水性聚氨酯研制开发大多以聚氧化丙烯二醇为主要低聚物多元醇原料。

由聚四氢呋喃醚二醇制得的聚氨酯机械强度及耐水解性均较好,惟其价格较高,限制了它的广泛应用。

聚酯型聚氨酯强度高、粘接力好,但由于聚酯本身的耐水解性能比聚醚差,故采用一般原料制得的聚酯型水性聚氨酯,其贮存稳定期较短。

但通过采用耐水解性聚酯多元醇,可以提高水性聚氨酯胶粘剂的耐水解性。

国外的聚氨酯乳液胶粘剂及涂料的主流产品是聚酯型的。

脂肪型非规整结构聚酯的柔顺性也较好,规整结构的结晶性聚酯二醇制备的单组分聚氨酯乳液胶粘剂,胶层经热活化粘接,初始强度较高。

而芳香族聚酯多元醇制成的水性聚氨酯对金属、RET等材料的粘接力高,内聚强度大。

其他低聚物二醇如聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、丙烯酸酯多元醇等,都可用于水性聚氨酯胶粘剂的制备。

聚碳酸酯型聚氨酯耐水解、耐候、耐热性好,易结晶,由于价格高,限制了它的广泛应用。

2.异氰酸酯:TDI、MDI、IPDI、HDI等制备聚氨酯乳液常用的二异氰酸酯有TDI、MDI等芳香族二异氰酸酯,以及TDI、MDI、HDI:MDI等脂肪族、脂环族二异氰酸酯。

由脂肪族或脂环族二异氰酸酯制成的聚氨酯,耐水解性比芳香族二异氰酸酯制成的聚氨酯好,因而水性聚氨酯产品的贮存稳定性好。

国外高品质的聚酯型水性聚氨酯一般均采用脂肪族或脂环族异氰酸酯原料制成,而我国受原料品种及价格的限制,大多数仅用TDI为二异氰酸酯原料。

聚氨酯的配方及工艺

聚氨酯的配方及工艺

线形热塑性聚氨酯原料用量(质量份)聚己内酯二醇(Mn:2000):20001,6-己二醇:112.0三羟甲基丙烷: 6.700TDI(80/20): 348.0有机锡催化剂: 1.2‰丁酮:1058聚氨酯油合成①配方:原料规格用量(质量份)醇酸树脂上步合成产品1000二甲苯聚氨酯级620.0甲苯二异氰酸酯工业级165.5二月桂酸二丁基锡分析醇 1.2‰丁醇5%②合成工艺:a. 将上步合成的醇酸树脂、50%二甲苯加入反应釜,升温至600C,在N2的继续保护下,将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系,约2h滴完;用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐,并加入反应釜。

b. 保温1h,加入催化剂;将温度升至800C,保温反应;5h后取样测NCO含量,当NCO含量小于0.5%时,加入正丁醇封端0.5h。

降温,调固含、过滤、包装。

实例2聚酯基潮气固化聚氨酯的合成(1)配方:原料规格用量(质量份)聚己内酯二醇工业级,Mn:1500 3200聚己内酯三醇工业级,Mn:500 550.0二月桂酸二丁基锡化学纯0.5‰(以固体分计)二甲苯聚氨酯级2682甲苯二异氰酸酯工业级1230NCO理论含量:5.5%;NCO平均官能度:2.40。

(2)合成工艺:①依配方将聚己内酯多元醇加入聚合釜,加入50%的二甲苯共沸带水,至无水带出,通入N2保护,将温度降至600C。

②在N2的继续保护下,将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系,约2.5h滴完;用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐,并加入反应釜。

③保温2h,加入催化剂;将温度升至800C,保温反应;2h后取样测NCO含量,当NCO含量稳定后(一般比理论值小0.5%),降温、过滤、包装。

1.羟基树脂合成实例实例1 羟基丙烯酸树脂的合成(1)配方:原料规格用量(质量份)丙二醇甲醚醋酸酯聚氨酯级111.0二甲苯(1)聚氨酯级140.0丙烯酸-β-羟丙酯工业级150.0苯乙烯工业级300.0甲基丙烯酸甲酯工业级100.0丙烯酸正丁酯工业级72.00丙烯酸工业级8.000叔丁基过氧化苯甲酰(1)工业级18.00叔丁基过氧化苯甲酰(2)工业级 2.000二甲苯(2)聚氨酯级100.0(2)合成工艺:①先将丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯(1)加入聚合釜中,通氮气置换反应釜中的空气,加热升温到1300C。

聚氨酯的配方及工艺

聚氨酯的配方及工艺

线形热塑性聚氨酯原料用量(质量份)聚己内酯二醇(Mn:2000):20001,6-己二醇:112.0三羟甲基丙烷: 6.700TDI(80/20): 348.0有机锡催化剂: 1.2‰丁酮:1058聚氨酯油合成①配方:原料规格用量(质量份)醇酸树脂上步合成产品1000二甲苯聚氨酯级620.0甲苯二异氰酸酯工业级165.5二月桂酸二丁基锡分析醇 1.2‰丁醇5%②合成工艺:a. 将上步合成的醇酸树脂、50%二甲苯加入反应釜,升温至600C,在N2的继续保护下,将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系,约2h滴完;用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐,并加入反应釜。

b. 保温1h,加入催化剂;将温度升至800C,保温反应;5h后取样测NCO含量,当NCO含量小于0.5%时,加入正丁醇封端0.5h。

降温,调固含、过滤、包装。

实例2聚酯基潮气固化聚氨酯的合成(1)配方:原料规格用量(质量份)聚己内酯二醇工业级,Mn:1500 3200聚己内酯三醇工业级,Mn:500 550.0二月桂酸二丁基锡化学纯0.5‰(以固体分计)二甲苯聚氨酯级2682甲苯二异氰酸酯工业级1230NCO理论含量:5.5%;NCO平均官能度:2.40。

(2)合成工艺:①依配方将聚己内酯多元醇加入聚合釜,加入50%的二甲苯共沸带水,至无水带出,通入N2保护,将温度降至600C。

②在N2的继续保护下,将甲苯二异氰酸酯滴入聚合体系,约2.5h滴完;用剩余二甲苯洗涤甲苯二异氰酸酯滴加罐,并加入反应釜。

③保温2h,加入催化剂;将温度升至800C,保温反应;2h后取样测NCO含量,当NCO含量稳定后(一般比理论值小0.5%),降温、过滤、包装。

1.羟基树脂合成实例实例1 羟基丙烯酸树脂的合成(1)配方:原料规格用量(质量份)丙二醇甲醚醋酸酯聚氨酯级111.0二甲苯(1)聚氨酯级140.0丙烯酸-β-羟丙酯工业级150.0苯乙烯工业级300.0甲基丙烯酸甲酯工业级100.0丙烯酸正丁酯工业级72.00丙烯酸工业级8.000叔丁基过氧化苯甲酰(1)工业级18.00叔丁基过氧化苯甲酰(2)工业级 2.000二甲苯(2)聚氨酯级100.0(2)合成工艺:①先将丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯(1)加入聚合釜中,通氮气置换反应釜中的空气,加热升温到1300C。

水性聚氨酯防水涂料参考配方

水性聚氨酯防水涂料参考配方

水性聚氨酯防水涂料配方(供参考)
1 水 100
3 氨水0.4
4 NXZ 1.0
5 A10 0.5
6 RS 1.5
7 8045 1公斤
8 二丁脂(DBP) 2
9 重钙(400) 163
10 硅灰石 40
11 水 5
12 166 140
13 305增稠剂 2.2
14 612NC 0.4
水 35公斤
总量: 490.45
工艺:色浆的配制:15公斤水加上3公斤铁红加60克分散剂搅拌备用。

2加入水1到分散缸中,然后缓慢加入2,分散5分钟,加入3,分散3分钟,然后加入4/5/7、8,搅拌2分钟后加入9、10和11,高速1000转分
散20分钟,然后降低转速至200转搅拌5分钟,加入12和6,低速400转分散10分钟后,依次缓慢加入13、14,加完后分散10分钟,过滤、放料。

(请参考工艺进行生产)如果产品需要调色并且用粉末颜料(如氧化铁红),建议将配方中原有的粉料按颜料的添加量递减,并且粉末颜料与其他粉料同时加入高速分散。

实验水性聚氨酯的制备

实验水性聚氨酯的制备

水性聚氨酯的制备实验仪器:异佛尔酮二异氰酸酯,聚丙二醇,二羟甲基丙酸98% ,1,4-丁二醇,二正丁胺,二丁基二月桂酸锡,三乙胺,乙二胺,1-甲基-2-吡咯烷酮,丙酮,无水乙醇,甲苯,4A 分子筛,氯化钙,溴化钾,氯化钠,氢氧化钙,盐酸,溴甲基酚蓝,去离子水实验过程:将适量的聚丙二醇和异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀加入250m L 的四口烧瓶中,四口烧瓶带有冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗。

启动搅拌器调至合适的转速(800r/min),用油浴加热至85℃恒温反应2h 左右,反应过程中加入溶剂丙酮以降低预聚物的黏度,然后降温至80℃左右,加入6~7 滴催化剂二月桂酸二丁基锡,再将事先配制好的二羟甲基丙酸和1,4-丁二醇混合均匀,加入恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中,维持该温度反应2h,采用二正丁胺法确定异氰酸酯基的理论含量,当达到理论值时,再降温至50℃,加入适量三乙胺反应0.5h,再加入适量的去离子水,高速搅拌(1500r/min)使其乳化,乳化0.5h 后加入乙二胺进行扩链,得到水性聚氨酯乳液,对水性聚氨酯乳液进行减压蒸馏,除去乳液中含有的有机溶剂丙酮,得到不含丙酮的环保型水性聚氨酯乳液。

学长过程:1,干燥PEG。

实验室真空干燥机压力不够,所以我后来也就没干燥。

理论上是要干燥的2,PEG跟IPDI预聚反应2h,温度控制在80-90℃R值我取2.053,加入DMPA(4%)降温至65℃,扩链2.5h。

由于DMPA不好溶,先把DMPA用DMF 溶解再加进去4,降温至55℃,加三乙胺100%中和,30min5,降温至25℃加蒸馏水高速乳化30min水的质量我按PEG:水=1:1.8来加的。

但是制得的乳液有点稠,你试试多加点水预聚跟扩链阶段感觉体系粘稠的难以反应时加点丙酮,这个实验工艺还有很多可以改进的地方,一起加油吧。

水性聚氨酯的改性及水性聚氨酯涂料

水性聚氨酯的改性及水性聚氨酯涂料

水性聚氨酯的改性及水性聚氨酯涂料于良民,王秀娟(中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,山东青岛266003)摘 要:介绍了几种水性聚氨酯的改性技术,并对水性聚氨酯涂料的配制及其应用作了相关概述。

关键词:水性聚氨酯;改性;应用中图分类号:T Q32314;T Q63017 文章标识码:A 文章编号:1002-7432(2007)04-0044-03Modi fication of w aterborne polyurethane and w aterborne polyurethane coatingY U Liang -min ,W ANG X iu -juan(K ey Laborarory o f Marine Chemistry Theory and Technology ,Ministry o f Education ,Ocean Univer sity o f China ,Qingdao 266003,China )Abstract :Several m odifications of waterborne polyurethane were reviewed 1Then the formula and the application of water 2borne polyurethane coating were intruduced 1The m odification method included adjusting formula ,cross -linking ,add 2ing adjuvant and blending with s ome com pounds including acrylic resin ,epoxy resin ,silicon resin.The application field included m obile coating ,and building coating.K ey w ords :waterborne polyurethane ;m odification ;application 【收稿日期】2006-10-18;【修回日期】2007-06-04【作者简介】于良民(1964—),男,山东荣成人,教授,博士生导师,长期从事环保型海洋防护材料的研究开发工作,主持或参加完成国家和省部级科技攻关及其他项目二十余项。

水性聚氨酯制备实验报告

水性聚氨酯制备实验报告

一、实验目的1. 掌握水性聚氨酯的制备方法;2. 熟悉水性聚氨酯的组成和性能;3. 了解实验操作步骤和注意事项。

二、实验原理水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)是一种具有优异性能的热塑性弹性体,具有环保、耐腐蚀、耐磨损、粘接强度高等特点。

本实验采用预聚体法合成水性聚氨酯,通过选择合适的原料和工艺条件,制备出性能优良的水性聚氨酯。

三、实验材料1. 原料:聚醚多元醇(如PTMG-1000)、二异氰酸酯(如TDI、HDI)、扩链剂(如乙二胺)、催化剂(如二月桂酸二丁基锡)、中和剂(如三乙胺)、去离子水等;2. 仪器:三口烧瓶、冷凝管、搅拌器、循环水真空泵、离心分离机、分析天平、微量注射器、移液管、激光粒度仪、红外光谱仪等。

四、实验步骤1. 准备反应装置:将三口烧瓶、冷凝管等装入反应装置,并除水处理。

2. 配制原料:按照实验要求,准确称量聚醚多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、中和剂等原料。

3. 合成预聚体:将称量好的原料倒入三口烧瓶中,加入去离子水,搅拌均匀。

在N2保护下,加热至一定温度,使原料充分反应,形成预聚体。

4. 乳化:将预聚体冷却至室温,加入适量的扩链剂和催化剂,搅拌均匀。

在搅拌下,缓慢加入去离子水,使预聚体形成稳定的乳液。

5. 调节pH值:将乳液pH值调节至中性,以确保乳液的稳定性和性能。

6. 后处理:将乳液离心分离,去除未反应的原料和杂质。

7. 性能测试:利用激光粒度仪、红外光谱仪等仪器对乳液和涂膜进行性能测试。

五、实验结果与分析1. 激光粒度仪测试:水性聚氨酯乳液的粒径分布如图1所示。

从图中可以看出,乳液粒径分布均匀,平均粒径约为200nm。

图1 水性聚氨酯乳液粒径分布2. 红外光谱测试:水性聚氨酯涂膜的官能团如图2所示。

从图中可以看出,涂膜中含有氨基、酯基、脲键等特征吸收峰,说明水性聚氨酯的合成反应已完成。

图2 水性聚氨酯涂膜官能团3. 力学性能测试:水性聚氨酯涂膜的力学性能如表1所示。

高性能水性聚氨酯胶粘剂的制备和性能研究

高性能水性聚氨酯胶粘剂的制备和性能研究

中山大学
硕士学位论文
高性能水性聚氨酯胶粘剂的制备和性能研究
姓名:李永炕
申请学位级别:硕士
专业:高分子化学与物理
指导教师:王小妹
20070530
第5章水性聚氨酯乳液的性能比较
图5—1DMPA型WPU乳液图5-2l,4一二氨基苯磺酸钠型WPU乳液5.I.2乳液的稳定性比较
为了比较DMPA型和磺酸型的稳定性,分别对自制备的两种类型的水性聚
氨酯胶粘剂研究了机械稳定性、高温稳定性、低温稳定性、稀释稳定性进行了研
究,其结果如表5.1。

表5.1羧酸型和磺酸型水性聚氨酯胶粘剂稳定性比较
注:WPU--a:DMPA作亲水单体制各的乳液
WPU-b:l^二氨基苯磺酸钠和DMPA(占1%)作亲水单体.
由表5-l看到,两种聚氨酯乳液的机械稳定性都很好,而在60"(2的高温下和.1812的低温下,磺酸型的聚氨酯乳液表现出比羧酸型更优秀的稳定性,而
在稀释的条件下,也是磺酸型表现出很好的稳定性,可见磺酸型的综合稳定性比
DMPA型要好,用磺酸基作为亲水基团将是制备高固含量稳定水性聚氨酯乳液的。

粘接性好的水性PU胶粘剂制作方法

粘接性好的水性PU胶粘剂制作方法

水性胶粘剂的配制方法如下:
将100份Mn=2000的聚己二醇碳酸酯二醇,加入到50份温度为50℃的丙酮中,溶解均匀后,再加入15.58份双羟甲基丙酸,在搅拌并使温度保持在50~70℃的条件下,加入49份异佛尔酮二异氰酸酯,进行加聚反应,直至反应物中的NCO基含量不下降为止。

加入4.7份氢氧化钠中和成盐30min,接着加入233份水使之乳化30min,减压蒸除丙酮后制得水性聚氨酯胶粘剂(I)。

用该胶粘剂粘接木块/木块试件的拉伸剪切强度为7.7MPa,粘接PVC/木块试件为2.0MPa,粘接ABS/木块试件为2.0MPa,粘接Al/木块试件为7.9MPa和粘接钢/木块试件为3.0MPa。

如果用以甘油为起始剂制得的聚醚多元醇取代上述的聚己醇碳酸酯二醇,按照上述相同的合成方法制得的水性聚氨酯胶粘剂(Ⅱ)。

其对应的拉伸剪切强度分别为4.5MPa、1.4MPa、1.4MPa、4.9MPa和0。

上述两种水性聚氨酯胶粘剂的粘接性能对比见表所列。

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1.低聚物多元醇:聚醚二醇、聚酯二醇、聚醚三醇、聚丁二烯二二醇、丙烯酸酯多元醇等水性聚氨酯胶粘剂制备中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酯二醇居多,有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇等小品种低聚物多元醇。

聚醚型聚氨酯低温柔顺性好,耐水性较好,且常用的聚氧化丙烯二醇(PPG)的价格比聚酯二醇低,因此,我国的水性聚氨酯研制开发大多以聚氧化丙烯二醇为主要低聚物多元醇原料。

由聚四氢呋喃醚二醇制得的聚氨酯机械强度及耐水解性均较好,惟其价格较高,限制了它的广泛应用。

聚酯型聚氨酯强度高、粘接力好,但由于聚酯本身的耐水解性能比聚醚差,故采用一般原料制得的聚酯型水性聚氨酯,其贮存稳定期较短。

但通过采用耐水解性聚酯多元醇,可以提高水性聚氨酯胶粘剂的耐水解性。

国外的聚氨酯乳液胶粘剂及涂料的主流产品是聚酯型的。

脂肪族非规整结构聚酯的柔顺性也较好,规整结构的结晶性聚酯二醇制备的单组分聚氨酯乳液胶粘剂,胶层经热活化粘接,初始强度较高。

而芳香族聚酯多元醇制成的水性聚氨酯对金属、RET等材料的粘接力高,内聚强度大。

其他低聚物二醇如聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、丙烯酸酯多元醇等,都可用于水性聚氨酯胶粘剂的制备。

聚碳酸酯型聚氨酯耐水解、耐候、耐热性好,易结晶,由于价格高,限制了它的广泛应用。

2.异氰酸酯:TDI、MDI、IPDI、HDI等制备聚氨酯乳液常用的二异氰酸酯有TDI、MDI等芳香族二异氰酸酯,以及TDI、MDI、HDI:MDI等脂肪族、脂环族二异氰酸酯。

由脂肪族或脂环族二异氰酸酯制成的聚氨酯,耐水解性比芳香族二异氰酸酯制成的聚氨酯好,因而水性聚氨酯产品的贮存稳定性好。

国外高品质的聚酯型水性聚氨酯一般均采用脂肪族或脂环族异氰酸酯原料制成,而我国受原料品种及价格的限制,大多数仅用TDI为二异氰酸酯原料。

多亚甲基多苯基多异氰酸酯一般用于制备乙烯基聚氨酯乳液和异氰酸酯乳液。

3.扩链剂:1,4—丁二醇、乙二醇、己二醇、乙二胺等水性聚氨酯制备中常常使用扩链剂,其中可引入离子基团的亲水性扩链剂有多种,除了这类特种扩链剂外,经常还使用1,4—丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、己二醇、乙二胺、二亚乙基三胺等扩链剂。

由于胺与异氰酸酯的反应活性比水高,可将二胺扩链剂混合于水中或制成酮亚胺,在乳化分散的同时进行扩链反应。

4.水:蒸馏水、离子水水是水性聚氨酯胶粘剂的主要介质,为了防止自来水中的Ca2+、寸+等杂质对阴离子型水性聚氨酯稳定性的影响,用于制备水性聚氨酯胶粘剂的水一般是蒸馏水或去离子水。

除了用作聚氨酯的溶剂或分散介质,水还是重要的反应性原料,合成水性聚氨酯目前以预聚体法为主,在聚氨酯预聚体分散与水的同时,水也参与扩链。

由于水或二胺的扩链,实际上大多数水性聚氨酯是聚氨酯—脲乳液(分散液),聚氨酯—脲比纯聚氨酯有更大的内聚力和粘接力,脲键的耐水性比氨酯键好。

5.亲水性扩链剂:二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟基半酯、乙二胺基乙磺酸钠、二亚乙基三胺等亲水性扩链剂就是熊引入亲水性基团的扩链剂。

这类扩链剂是仅在水性聚氨酯制备中使用的特殊原料。

这类扩链剂中常常含有羧基、磺酸基团或仲胺基,当其结合到聚氨酯分子中,使聚氨酯链段上带有能被离子化的功能性基团。

6.成盐剂:HCL、醋酸、环氧丙烷7.溶剂:丙酮、甲乙酮、甲苯等8.乳化剂:聚氧化乙烯-氧化丙烯共聚物9.交联剂:环氧树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、多异氰酸酯10.增稠剂:羧甲基纤维素、羟甲基纤维素等。

水性异氰酸酯胶1.异氰酸酯乳液异氰酸酯化合物或含端NC0基预聚体分散于水而形成的分散液称为异氰酸酯乳液。

疏水性的多异氰酸酯一般很难乳化于水而形成稳定的乳液。

但通过某些方法可使异氰酸酯乳化,形成乳液。

1.可乳化MDlRobertsonJ.R.等人1983年报道,市场上有一种可乳化的MDI产品,该MDI产品能简单地与水搅拌形成微细颗粒的水性乳液,形成的低粘度乳液具有优秀的机械稳定性,但因为存在的异氰酸酯基团与水缓慢反应,适用期一般只有2-3 h,不过即使粘度增大到不能使用的程度,NCO的含量仍能保持原有的90%。

并且在相当大的MDI乳液浓度范围内适用期变化不大,但当异氰酸酯浓度大于70%时,适用期缩短;升高温度使适用期缩短。

几个小时的适用期对大多数应用来说已经足够,但如果需要大量的乳液,则可以通过可乳化MDI与水在静态混合器连续乳化。

可乳化MDI产品的出现,提供了把游离异氰酸酯从水介质施加到基材的一种方法。

这种异氰酸酯乳液的应用包括:作为木材、织物、混凝土、橡胶等的处理剂和底涂剂,水性胶乳的交联剂,木材胶粘剂,等等。

用MDI乳液粘接木材,虽然其价格比通常的“三醛树脂”(脲醛、酚醛、三聚氰胺—甲醛)胶粘剂贵,但它具有以下优点:无刺激性甲醛放出;胶粘剂用量可减少到常规量的6%—7%,用量是酚醛树脂的一半左右;压制时间短,相当于酚醛树脂的40%;对木材含水量要求低;可采用水性“三醛树脂”制板设备;板耐水性好,可降低板密度。

据称,上述可乳化MDI还可与聚醚或聚酯制成预聚体,再与水混合形成乳液,所得异氰酸酯乳液作胶粘剂用。

预聚体NCO含量一般控制在10%-20%,低于此范围,则粘度大,乳化困难。

含NCO基团的预聚体乳液能形成柔韧的胶膜,并且成本比MDI乳液低。

可乳化MDI的分子结构未透露,估计是MDI经改性而得。

例如异氰酸酯经磺化可得到含磺酸基团的异氰酸酯;又如TDI上的甲基经氯化再叔胺化可得含季胺盐基团的异氰酸酯化合物。

通过在异氰酸酯上接上亲水性氧化乙烯链节也可得到能分散于水的异氰酸酯化合物。

2.封闭型异氰酸酯封闭型异氰酸酯化合物或封闭型聚氨酯预聚体乳化于水形成的乳液,从实质上讲也是异氰酸酯乳液,不过,所含的不是游离的异氰酸酯基团,而是保护了的异氰酸酯,当水分挥发后再加热时,异氰酸酯基团再生,参与交联固化。

2.水性乙烯基聚氨酯在醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯胶乳等乙烯基聚合物乳液或聚乙烯醇、羧甲基纤维素的水溶液中,将多异氰酸酯(或其预聚体)的有机溶液分散而成的水性胶粘剂,称为水性乙烯基聚氨酯胶粘剂,又称为水性高分子异氰酸酯胶粘剂(APl)、乳液聚合物异氰酸酯(EPl)。

与异氰酸酯乳液的不同之处是,水性乙烯基聚氨酯是在水性高分子(一般是乙烯基树脂)中分散而得。

不过,从实质来说,乳液中同样存在异氰酸酯基团。

和异氰酸酯乳液一样,未受保护的异氰酸酯基团不能稳定地在水中稳定存在,加入异氰酸酯形成的水性乙烯基聚氨酯胶粘剂有适用期,因为活性的异氰酸酯基团与水性乙烯基树脂及水缓慢反应,使胶粘剂粘度增大,一般几个小时后就凝胶,失去使用价值。

一般商品水性乙烯基聚氨酯胶粘剂是双组分型胶粘剂,以上述水性乙烯基树脂、填料、或及表面活性剂的混合物为主剂,以聚合MDI等具有2个以上NCO基团的多异氰酸酯、溶剂或及稳定剂的混合物为交联剂。

在使用前,异氰酸酯溶液搅拌分散于主剂中。

交联剂中的异氰酸酯基团与水性高分子及木材等基材中所含的活性氢基团反应,可得到牢固的粘接层。

异氰酸酯化合物及其预聚体在水中几乎没有溶解性,但它们能溶于有机溶剂,无需再外加乳化剂,异氰酸酯溶液能在PVA水溶液或乙烯基合成树脂乳液中很好地分散,在水分挥发过程及干燥后,异氰酸酯与水性树脂或水反应,产生耐水、耐热的固化物。

水性乙烯基聚氨酯胶粘剂可在常温下固化,但为了使异氰酸酯基团反应完全,并产生交联键,以提高粘接力和耐水性,最好是热压处理。

日本专利介绍了水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的制造方法。

可用于制造水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的异氰酸酯有:PAPI、MDI、TDI、TDI—TMP加成物、三苯基甲烷三异氰酸酯、HDI、XDI、H12MDI等多异氰酸酯,以及它们与聚醚或聚酯制成的端NCO基团预聚体。

最常用于水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的多异氰酸酯是多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。

光洋公司的乙烯基合成树脂乳液一般均含有PVA,适宜的PVA聚合度范围为300—2500,皂化度80%—100%。

PVA的质量百分浓度以5%—20%范围为宜。

原则上,凡是能溶解异氰酸酯化合物或预聚体的溶剂都能用于该胶粘剂,如脂肪族及芳香族烃类、酮类、酯类(包括酯类增塑剂)。

但试验表明,与水不相容的有机溶剂比较合适,配制的胶粘剂具有良好的粘接力、耐水性好。

因为若溶剂和水不相容,水不能很快进入由异氰酸酯和溶剂组成的微细液滴,溶剂有保护液滴内部异氰酸酯基团不与水反应的作用,使胶有合适的可使用期。

例如用一种水性乙烯基聚氨酯胶粘剂作为三合板(单层板厚0.7/1.4/0.7mm)板层之间的胶粘剂,胶的涂布量约270g/m2,1 MPa冷压20min,再120℃l MPa 热压l min。

还可在胶中加入如淀粉等增量剂,粘土、高岭土、滑石粉等填料,以防止胶粘剂对木材的过分浸渍,这些成分还能与胶粘剂中的异氰酸酯基团反应,赋予粘接力和耐水性。

水性乙烯基聚氨酯胶粘剂主要用于木材加工(如胶合板、刨花板制造,各种木材的粘接),还可用于金属板、纸张、PVC塑料、合成板材、泡沫塑料、混凝土等材料的粘接。

例如铝板、钢板与发泡聚烯烃材料之间可用水性乙烯基聚氨酯胶粘剂粘贴,得到的复合材料可用于隔音材料。

水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的优点是:成本比溶剂型聚氨酯胶粘剂低,耐水性优良,粘接速度快,但缺点是加异氰酸酯组分后可使用时间短。

水性聚氨酯的应用最初的水性聚氨酯是以纤维或皮革处理剂为主要目的开发的。

随着性能的不断改善,应用范围也越来越广。

用途包括涂料、胶粘剂(粘合剂)、处理剂、乳液聚合高分子乳化剂等等。

水性聚氨酯的主要用途如下。

1.涂层剂(1)皮革涂层聚氨酯材料柔韧、耐磨,可用作天然皮革及人造革的涂层剂及补伤剂。

我国自70年代就有水性聚氨酯皮革涂饰剂开发,80年代末、90年代初发展较快,类型以阴离子型聚醚型为主,用于替代丙烯酸酯树脂乳液皮革涂饰剂,处理高档天然皮革时它克服了丙烯酸酯树脂的“热粘冷脆”的缺点,经涂饰的皮革手感柔软丰满。

它可与丙烯酸酯树脂共混使用。

聚氨酯涂饰的皮革可用于靴鞋、服装、女士包等。

(2)织物涂层可用于多种织物的涂层剂,例如帆布、服装面料、传送带涂层。

(3)纤维处理剂棉纤维、化学纤维经聚氨酯乳液稀溶液浸渍,脱水,热处理,可改善手感、耐折痕性和防缩性。

(4)塑料涂层尼龙、ABS等表面涂层。

(5)地板涂层可用于体育馆、室内木地板的涂层,混凝土地板的涂层,耐磨、耐冲击,光泽度好。

(6)其他材料的涂层,如纸张涂层、汽车内装饰件涂层。

(7)底涂剂。

2.胶粘剂(粘合剂)和溶剂型聚氨酯胶粘剂一样,水性聚氨酯胶粘剂粘接性能好,胶膜物性可调节范围大,可用于许多应用领域。

除可用作各种基材的涂层胶,可用于多种基材的粘接和粘结。

(1)多种层压制品的制造,包括:胶合板,食品包装复合塑料薄膜,织物层压制品,各种薄层材料的层压制品,如软质PVC塑料薄膜或塑料片与其他材料(如木材、织物、纸、皮革、金属)的层压制品。

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