聚氨酯胶粘剂的应用研究

聚氨酯胶粘剂的应用研究

刘晓旺

（天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 300457)

摘要：：简述了聚氨酯胶粘剂的发展状况、粘结特性，以及其存在的不足之处和相应的改性研究。对其在包装业、建筑业、汽车制造、木材粘结、书籍装订、印刷业等方面的应用进行了详细介绍。指出新型高性能、可生物降解的环保聚氨酯胶粘剂是今后研究的重要方向。

关键词：聚氨酯；胶粘剂；应用

Abstract：The development of polyurethane adhesive and its properties were introduced．The disadvantages of polyurethane adhesive and its improvement research were also reviewed．Th e polyurethane adhesive can be widely used in packaging，construction business，automobile，printing and others fields．It was suggested that farther study should be focused on the high performance，biodegradable，environmental friendly polyurethane adhesive．

Key words：polyurethane；adhesive；application

聚氨酯胶粘剂(Polyurethane Adhesive)是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团(一NHCO0一)或异氰酸酯基(一NCO)的胶粘剂[1]。其具有胶膜坚韧，耐冲击，挠曲性好，剥离强度高，有很好的耐超低温性，耐油和耐磨性等特点[2]。作为一种环保型胶粘剂[3]，已进入工业、农业、交通、医学、国防和日常生活各个领域，在国民经济中发挥愈来愈大的作用。聚氨酯胶粘剂由于性能优越,在国民经济中得到广泛应用，是八大合成胶粘剂的重要品种之一。近年来,在国内外成为发展最快的胶粘剂[4]。

1. 国内聚氨酯胶粘剂发展概况

我国聚氨酯胶粘剂起步于20世纪60年代，目前我国聚氨酯胶粘剂的生产企业约有400多家，其中约有20多家规模较大的企业分布在广东、福建、浙江等东南沿海地区。据聚氨酯行业协会统计，我国大陆胶粘剂2004年总销售量约379万吨，反应型聚氨酯胶粘剂(包括密封胶)约为20.5万吨，分别比上年增加13.1%和13.9%[5]。我国聚氨酯胶粘剂的用量虽有相当规模，人均消费却比国外少得多，

应用面仍然小，多为中低档型，大宗聚氨酯胶粘剂溶剂含量高，固化剂、预聚物等游离异氰酸酯含量也高。特别是水性、热熔、反应热熔型等环保型高性能聚氨酯胶粘剂及100% 液体结构型聚氨酯胶粘剂等，现在还未达到规模产业化阶段，应用量也比国外少得多。

聚氨酯胶粘剂发展的突出特点是适应环保、工业卫生、资源等政策法规的要求,进行了产业结构的调整,努力降低有机溶剂型产品的比重。研制开发反应热熔型、水分散型和无溶剂型产品和技术。但是溶剂型胶粘剂有其独特之处,因此在短期内不可能全部取消。解决的办法是选用低毒溶剂,提高固含量及密闭通风操作，并进行溶剂回收等。

由于汽车工业的发展要求汽车构件轻量化,因此大量采用塑料零部件,特别是高强度的FRP(玻璃纤维增强塑料)和SMC(片状模塑材料),而塑料零部件需用聚氨酯结构胶和密封胶进行粘接装配。在建筑行业中,由于聚氨酯密封胶对各种建筑材料都具有良好的粘接性,且价格比有机硅与聚硫密封胶便宜,因此从90年代开始,聚氨酯密封胶超过有机硅与聚硫密封胶而占据主导地位[5]。为了适应自动化装配线的要求,胶粘剂的固化速度必须大幅度提高。通过近年来的努力,开发了一些新的胶种,如快速反应性聚氨酯胶、辐射或紫外固化胶及反应热熔胶等,可使聚氨酯胶粘剂的固化速度成倍加快。同时还注重施胶工艺和工具方面的开发。引进胶种的国产化，对现有品种的质量改进。

2. 聚氨酯胶粘剂的特性

2．1 粘结力强。适用范围广

由于聚氨酯胶粘剂的分子链中一NCO可以和多种含活泼氢的官能团反应，形成界面化学键结合[6]。因此，对多种材料具有极强的粘附性能。不仅可以粘结多孔性的材料，如泡沫塑料、陶瓷、木材、织物等，而且可以粘接多种金属、无机材料、塑料、橡胶和皮革等，是一种适用范围很广的胶粘剂。

2．2 突出的耐低温性能

在极低的温度下，一般的高分子材料都转化为玻璃态而变脆，而聚氨酯胶粘剂即使在一250℃以下仍能保持较高的剥离强度，同时其剪切强度随着温度的降低反而大幅度上升[7]。

2．3 缺点与改进

聚氨酯胶粘剂中游离异氰酸酯单体具有较大的毒性。可采用端羟基多元环氧化合物与端异氰酸酯基聚氨酯预聚物制得环氧基聚氨酯，再与多胺化合物配制成聚氨酯胶粘剂，该胶粘剂兼具环氧树脂和聚氨酯的优异性能，而且几乎不含游离异氰酸酯单体，固体份含量高[8]。聚氨酯胶粘剂正朝着水性和无溶剂的环保绿色胶粘剂方向发展[9]。

聚氨酯胶粘剂在室温下通常固化较慢，完全固化有时长达数天。如采用多组分复配可以明显缩短室温固化时间，更方便适用[10]。

聚氨酯胶粘剂耐高温性能远不如其耐低温性能，如用在食品包装复合薄膜中，则需要其具有耐蒸煮性[11]。引人纳米粒子，可显著提高其耐热性、拉伸强度、抗剪强度、剥离强度等，但加入的纳米材料要适当，过多时可能会破坏部分大分子中的硬段的有序排列而使力学性能下降[12]。

3. 聚氨酯胶粘剂的应用研究

3．1 汽车用聚氯脂胶粘剂

新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料，造成汽车用胶粘剂和密封胶持续增长[13]。在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶；粘接玻璃纤维增强塑料和片状模塑复合材料的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。汽车内饰件也是