可快速固化單組份水性聚氨酯膠黏劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可快速固化單組份水性聚氨酯膠黏劑的制備方法，以多元醇與二異氰酸酯反應(yīng)生成-NCO端基預(yù)聚體，添加親水?dāng)U鏈劑進(jìn)一步反應(yīng)，以小分子二元醇擴(kuò)鏈，再用三乙胺中和調(diào)節(jié)pH值至6～7，加入催干劑并用丙酮降低物料黏度，以去離子水分散成淡藍(lán)色半透明乳液，最后減壓蒸餾脫除溶劑丙酮，得到可快速固化單組份水性聚氨酯膠黏劑。本發(fā)明制備得到的水性聚氨酯膠黏劑剝離強(qiáng)度（PVC/PVC）為6N/mm2、耐熱溫度（不加固化劑）可達(dá)150℃、常溫3～5分鐘內(nèi)即可固化。
【專利說明】可快速固化單組份水性聚氨酯膠黏劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水性聚氨酯膠黏劑的制備方法，特別是涉及一種可快速固化的水性聚氨酯膠黏劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)而發(fā)展起來的高分子材料，使用安全、無毒、無環(huán)境污染，被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及環(huán)保相關(guān)法律要求日益趨嚴(yán)，環(huán)境友好型水性聚氨酯取代溶劑型聚氨酯已成為必然發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]水性聚氨酯膠黏劑與溶劑型膠黏劑的最大差別在于，水性聚氨酯是以水為介質(zhì)，由于水的比熱容和蒸發(fā)潛熱高，故水性聚氨酯的干燥速度慢。特別是在冬天，其固化速率更慢，有時(shí)在噴涂后的次日涂層仍有粘性。因此，在要求流水施工作業(yè)的領(lǐng)域中，其應(yīng)用受到了很大的限制，這也成為水性聚氨酯膠黏劑一直無法徹底替代溶劑型聚氨酯膠黏劑的重要原因。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外的水性聚氨酯膠黏劑品種很多，但大多為數(shù)十分鐘至數(shù)小時(shí)固化的膠黏劑產(chǎn)品，由于固化時(shí)間太長(zhǎng)而影響施工進(jìn)度，不能滿足工藝要求。甚至有些產(chǎn)品是固化劑與膠黏劑雙組份使用，在施膠前進(jìn)行配膠，這類產(chǎn)品兩種組分的比例變化對(duì)粘合性能影響較大，施膠比較復(fù)雜，增加了操作工序和使用難度，使其應(yīng)用受到影響和限制。
[0005]因此，人們一直在從事加快水性聚氨酯固化時(shí)間的研究，如CN 101787253B，“單組份無溶劑聚氨酯粘合劑及其制備方法和原料組合物”公開了一種用于聚氨酯硬泡板與鋼板粘結(jié)的膠黏劑，其凝膠時(shí)間0.5小時(shí)，完全固化時(shí)間4~8小時(shí)。CN 102477270A，“一種耐水性快速固化膠黏劑”公開的膠黏劑需10分鐘左右凝膠固化產(chǎn)生粘結(jié)強(qiáng)度，其固化時(shí)間依然較長(zhǎng)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種可快速固化單組分水性聚氨酯膠黏劑的制備方法，以本發(fā)明方法制備得到的水性聚氨酯膠黏劑，在常溫下3~5分鐘內(nèi)即可固化。
[0007]本發(fā)明的可快速固化單組份水性聚氨酯膠黏劑的制備方法包括以下步驟:
a.在脫水后的數(shù)均分子量為1000~3000的聚酯多元醇中滴加占聚酯多元醇重量
0.01~0.05%的二月桂酸二丁基錫，加入二異氰酸酯，70~95°C反應(yīng)1.5~2.5h，生成~NCO端基的預(yù)聚體，加入二異氰酸酯的量應(yīng)滿足:-NCO: -OH=I~4.5: 1，其中-NCO表示異氰酸酯基摩爾數(shù)，-OH表示聚酯多元醇羥基摩爾數(shù)；
b.按照親水?dāng)U鏈劑與聚酯多元醇的摩爾數(shù)比為0.1~2: 1，添加入親水?dāng)U鏈劑，于75~95 °C擴(kuò)鏈反應(yīng)0.5~Ih ;
c.按照小分子二元醇與聚酯多元醇的摩爾數(shù)比為0.01~1.5: I的比例，加入小分子二元醇，于70~90°C擴(kuò)鏈反應(yīng)2~4h ;
d.用三乙胺中和調(diào)節(jié)反應(yīng)液至pH值6~7，e.加入占固體組分0.1%~2%的催干劑及占聚酯多元醇重量10~20 %的丙酮降低物料黏度，加入去離子水?dāng)嚢?~10h，分散成淡藍(lán)色半透明乳液；
f.真空減壓脫除溶劑丙酮即得到單組份可快速固化的水性聚氨酯膠黏劑。
[0008]本發(fā)明制備方法中，所述的聚酯多元醇是指聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸丁二醇酯、聚已二酸一縮二乙二醇酯、聚已二酸已二醇酯、聚已二酸新戊二醇酯或聚已二酸二丙二醇酯中的一種，或者幾種的任意比例混合物。
[0009]本發(fā)明制備方法中，所述的二異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(iroi)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、二環(huán)己基二異氰酸酯(HMDI)或二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)中的一種。
[0010]本發(fā)明制備方法中，使用的親水?dāng)U鏈劑是指二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二羥甲基半酯、2-羥基丙酸、二羥基苯甲酸或二羥基丁二酸。
[0011]本發(fā)明制備方法中，使用的小分子二元醇是指1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、己二
醇、一縮二乙二醇或二縮三乙二醇。
[0012]本發(fā)明使用異辛酸金屬鹽、環(huán)烷酸金屬鹽或非金屬酯類化合物作為催干劑，其中，所述的異辛酸金屬鹽或環(huán)烷酸金屬鹽包括異辛酸或環(huán)烷酸的鈷、鐵、鋅、銅、鈣、鉛、鎂鹽。所述非金屬酯類化合物包括己二酸二(2-乙基己)酯、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸月桂酯。
[0013]采用本發(fā)明方法制備得到的單組份水性聚氨酯膠黏劑是一種環(huán)保型水性聚氨酯乳液，其固含量可達(dá)到50%，黏度可以控制在100~500cp，內(nèi)聚強(qiáng)度高，能滿足高強(qiáng)度粘結(jié)要求的需要，更主要的是固化速率快，常溫3~5分鐘內(nèi)即可固化，干燥速度與溶劑型膠黏劑相當(dāng)，可用于連續(xù)施工工藝。
`[0014]本發(fā)明制備方法在使用催干劑改性的同時(shí)，大大減少了親水?dāng)U鏈劑的加入量，顯著提高了水性聚氨酯膠黏劑的固化時(shí)間和固含量，且乳液性能穩(wěn)定，初粘強(qiáng)度大。
[0015]本發(fā)明制備的水性聚氨酯膠黏劑適于在電腦臺(tái)、音箱板、櫥柜、門和家具制作及汽車內(nèi)部裝飾、包裝材料、木材、PVC及皮革等領(lǐng)域中應(yīng)用。在環(huán)保、固含量、初粘強(qiáng)度、耐水性及耐熱等方面都達(dá)到用戶所需求產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
在四口燒瓶?jī)?nèi)加入75g數(shù)均分子量2000的聚已二酸丁二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空
1.5h，降溫到60°C，加入兩滴二月桂酸二丁基錫，與15gIPDI反應(yīng)2h，再加入2.2g 二羥甲基丙酸反應(yīng)0.5h，加入0.6gl, 4- 丁二醇保溫反應(yīng)2h，用1.5g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入Ig催干劑己二酸二(2-乙基己)酯，同時(shí)以IOg丙酮降低物料黏度，加入75g去離子水快速分散，抽真空脫除溶劑丙酮得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色乳液，常溫3~5分鐘固化，PVC/PVC剝離強(qiáng)度5~7N/mm2。
[0017]實(shí)施例2
在四口燒瓶中加入75g聚已二酸丁二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空1.5h，降溫到55°C，加入兩滴二月桂酸二丁基錫，加13.5gIPDI反應(yīng)2h，再加入2g 二羥甲基丙酸反應(yīng)0.5h，加入Ig丙二醇保溫反應(yīng)2h，用1.3g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入1.5g鄰苯二甲酸二環(huán)己酯，同時(shí)用IOg丙酮降低物料黏度，加入80g去離子水快速分散，抽真空脫除溶劑丙酮即得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色乳液，常溫3~5分鐘固化，PVC/PVC剝離強(qiáng)度5~7N/mm2。
[0018]實(shí)施例3
在四口燒瓶中加入75g聚已二酸丁二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空lh，降溫到85°C，滴加二滴二月桂酸二丁基錫，加26gIPDI反應(yīng)2h，再加入5g 二羥甲基丁酸反應(yīng)0.5h，加
.2.5gl，4-丁二醇保溫反應(yīng)3h，用3.5g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入0.8g鄰苯二甲酸二環(huán)己酯，同時(shí)用20g丙酮降低物料黏度，再加IlOg去離子水快速分散，抽真空脫去溶劑丙酮，SP得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色半透明乳液，常溫3~5分鐘固化，剝離強(qiáng)度為PVC/PVC 5 ~7 N/mm2。
[0019]實(shí)施例4
在四口燒瓶中加入75g聚已二酸新戊二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空1.5h，降溫到450C，加16.2gTDI反應(yīng)2h，接著加3.2g 二羥甲基丙酸反應(yīng)0.5h，再加0.25gl, 4- 丁二醇保溫反應(yīng)2h，用2g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入1.2g鄰苯二甲酸二環(huán)己酯，同時(shí)用25g丙酮降低物料黏度，加90g去離子水快速分散，抽真空脫去丙酮即得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色乳液，常溫3~5分鐘固化，PVC/PVC剝離強(qiáng)度5~7N/mm2。
[0020]實(shí)施例5
在四口燒瓶中加入75g聚已二酸新戊二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空1.5h，降溫到50°C，加14.4gTDI反應(yīng)1.5h，接著加3.5g 二羥甲基丙酸反應(yīng)0.5h，再加Ig—縮二乙二醇保溫反應(yīng)1.5h，用2.5g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入1.1g己二酸二(2-乙基己)酯，同時(shí)用IOg丙酮降低物料黏度，加85g去離子水快速分散，抽真空脫去丙酮即得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色乳液，常溫3~5分鐘固化，PVC/PVC剝離強(qiáng)度5~7N/mm2。
[0021]實(shí)施例6
在四口燒瓶中加入75g聚已二酸新戊二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空1.5h，降溫到55°C，加入兩滴二月桂酸二丁基錫，加13.7gIPDI反應(yīng)1.5h，接著加2.5g 二羥甲基丁酸反應(yīng)0.5h，再加0.8gl, 4- 丁二醇保溫反應(yīng)2h，用2g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入1.6g甲基丙烯酸己酯，同時(shí)用20g丙酮降低物料黏度，再加80g去離子水快速分散，抽真空脫去溶劑丙酮即得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色乳液，常溫3~5分鐘固化，PVC/PVC剝離強(qiáng)度5 ~7N/mm2。
[0022]實(shí)施例7
在四口燒瓶中加入75g聚已二酸新戊乙二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空脫水lh，降溫到70°C，滴加一滴二月桂酸二丁基錫，加17.5TDI反應(yīng)2h，再加6.2g 二羥甲基丙酸反應(yīng)40min,加Ig 二縮三乙二醇保溫反應(yīng)3h，用4.5g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入0.9g鄰苯二甲酸二環(huán)己酯，同時(shí)用17g丙酮降低物料黏度，加95g去離子水，抽真空脫去丙酮，即得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色半透明乳液，常溫3~5分鐘固化，PVC/PVC剝離強(qiáng)度為5~7 N/mm20
[0023]實(shí)施例8
在四口燒瓶中加入數(shù)均分子量2000的75g聚已二酸己二醇酯，加熱熔融，100°C抽真空脫水lh，降溫到80°C，滴加二滴二月桂酸二丁基錫，加22g IPDI反應(yīng)2.5h，再加6g 二羥甲基半酯反應(yīng)lh，加0.8g乙二醇保溫反應(yīng)3h，用4.1g三乙胺中和反應(yīng)30min，加入1.3g甲基丙烯酸己酯，同時(shí)用IOg丙酮降低物料黏度，加100g去離子水快速分散，抽真空脫去丙酮，即得到水性聚氨酯膠黏劑。產(chǎn)品為淡藍(lán)色半透明乳液，常溫3~5分鐘固化，剝離強(qiáng)度為PVC/PVC 5 ~7 N/mm2。`
【權(quán)利要求】
1.一種可快速固化單組份水性聚氨酯膠黏劑的制備方法，包括以下步驟: a.在脫水后的數(shù)均分子量為1000~3000的聚酯多元醇中滴加占聚酯多元醇重量0.01~0.05%的二月桂酸二丁基錫，加入二異氰酸酯，70~95°C反應(yīng)1.5~2.5h，生成-NCO端基的預(yù)聚體，加入二異氰酸酯的量應(yīng)滿足:-NCO: -OH=I~4.5: 1，其中-NCO表示異氰酸酯基摩爾數(shù)，-OH表示聚酯多元醇羥基摩爾數(shù)； b.按照親水?dāng)U鏈劑與聚酯多元醇的摩爾數(shù)比為0.1~2: 1，添加入親水?dāng)U鏈劑，于75~95 °C擴(kuò)鏈反應(yīng)0.5~Ih ; c.按照小分子二元醇與聚酯多元醇的摩爾數(shù)比為0.01~1.5: I的比例，加入小分子二元醇，于70~90°C擴(kuò)鏈反應(yīng)2~4h ; d.用三乙胺中和調(diào)節(jié)反應(yīng)液至pH值6~7， e.加入占固體組分0.1%~2%的催干劑及占聚酯多元醇重量10~20 %的丙酮降低物料黏度，加入去離子水?dāng)嚢?~10h，分散成淡藍(lán)色半透明乳液； f.真空減壓脫除溶劑丙酮即得到單組份可快速固化的水性聚氨酯膠黏劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的聚酯多元醇是聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸丁二醇酯、聚已二酸一縮二乙二醇酯、聚已二酸已二醇酯、聚已二酸新戊二醇酯或聚已二酸二丙二醇酯中的一種，或幾種的任意比例混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的二異氰酸酯是甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二環(huán)己基二異氰酸酯或二苯甲烷二異氰酸酯中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的親水?dāng)U鏈劑是二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二羥甲基半酯、2-羥基丙酸、二羥基苯甲酸或二羥基丁二酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的小分子二元醇是1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、己二醇、一縮二乙二醇或二縮三乙二醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的催干劑是異辛酸金屬鹽、環(huán)烷酸金屬鹽，或己二酸二(2-乙基己)酯、鄰苯二甲酸二環(huán)己酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸月桂酯中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是所述異辛酸金屬鹽或環(huán)烷酸金屬鹽包括異辛酸或環(huán)烷酸的鈷、鐵、鋅、銅、鈣、鉛、鎂鹽。
【文檔編號(hào)】C09J11/06GK103694940SQ201310679745
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月15日
【發(fā)明者】董永兵, 張保玲, 原麗平, 周艷明, 吉軒, 侯彩英, 馬國(guó)章 申請(qǐng)人:山西省應(yīng)用化學(xué)研究所