一種水性聚氨酯膠粘劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種水性聚氨酯膠粘劑，主要由以下原料制成：水性聚氨酯樹脂、多異氰酸酯、納米粒子懸浮液、親水性擴鏈劑、擴鏈劑、成鹽劑、增稠劑、消泡劑和流平劑。該膠黏劑引入了不同粒徑大小的納米粒子懸浮液，通過原位摻雜不同粒徑的納米粒子對水性聚氨酯進行了改性，能有效解決納米粒子在水性聚氨酯樹脂中的分散問題，從而提高了膠黏劑的品質。本發明專利技術的目的還在于提供上述水性聚氨酯膠粘劑的制備方法，該制備方法綠色環保，生產成本低，施工簡單。

A Waterborne Polyurethane Adhesive and Its Preparation Method

The invention discloses a waterborne polyurethane adhesive, which is mainly made of the following raw materials: waterborne polyurethane resin, polyisocyanate, nanoparticle suspension, hydrophilic chain extender, chain extender, salt forming agent, thickener, defoamer and leveling agent. The adhesives were modified by in-situ doping of nanoparticles with different particle sizes. The dispersion of nanoparticles in waterborne polyurethane resin was effectively solved and the quality of the adhesives was improved. The aim of the invention is also to provide a preparation method of the water-borne polyurethane adhesive, which is green, environmental friendly, low production cost and simple construction.

【技術實現步驟摘要】
一種水性聚氨酯膠粘劑及其制備方法
本專利技術屬于膠黏劑
，具體涉及一種水性聚氨酯膠粘劑及其制備方法。
技術介紹
聚氨酯膠粘劑具有良好的粘接性能和衛生安全性能，在食品、藥品包裝領域占據了絕對領導地位。目前的聚氨酯膠粘劑市場仍以溶劑膠占主導。由于溶劑在生產過使用程中會污染空氣，危害工人健康，甚至會危害消費者的健康。隨著人們環保意識的不斷深化，環保法規的日趨完善和各國對有毒、揮發有機化合物限制的日趨嚴格，水性聚氨酯膠粘劑因其安全衛生、綠色環保，且操作方便、駐運安全等優勢，在各個領域正在不斷擴大應用。然而，單一的水性聚氨酯性能不佳，主要表現為對非極性基材潤濕性差、粘接強度低、初粘力低等，不能滿足多種領域的需要。為改善水性聚氨酯的性能、擴大水性聚氨酯的應用領域，需對水性聚氨酯進行改性。納米材料由于具有高度的彌散性和大界面，為原子提供了短程擴散途徑，使納米材料具有高擴散率，蠕變和超塑性和大的化學活性。是目前一類非常具有應用前景的功能材料。目前，基于簡單物理共混的無機顆粒在最終膠粘劑內的分散狀態往往嚴重失控，這極大地影響了膠粘劑品質的提升及功能顆粒功效的充分發揮。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種水性聚氨酯膠粘劑，該膠黏劑引入了不同粒徑大小的納米粒子懸浮液，通過原位摻雜不同粒徑的納米粒子對水性聚氨酯進行了改性，能有效解決納米粒子在水性聚氨酯樹脂中的分散問題，從而提高了膠黏劑的品質。本專利技術的目的還在于提供上述水性聚氨酯膠粘劑的制備方法，該制備方法綠色環保，生產成本低，施工簡單。本專利技術的上述第一個目的是通過以下技術方案來實現的：一種水性聚氨酯膠粘劑，主要由以下質量份配比的原料制成：在本專利技術水性聚氨酯膠粘劑的上述各原料中：本專利技術所述的水性聚氨酯樹脂優選通過小分子多元酸和小分子多元醇通過縮聚反應制備獲得的。進一步的，本專利技術所述的水性聚氨酯樹脂優選通過以下方法制備獲得：S1：選取小分子多元酸和小分子多元醇，按醇酸摩爾比1.1～1.4：1，加入反應容器中，在氮氣保護下逐漸加熱至220～230℃保溫反1.5～2.0h；S2：在220～230℃條件下減壓至-0.095～-0.1MPa，待酸值降到1.0以下后停止反應，即得到水性聚氨酯樹脂。在該水性聚氨酯樹脂的制備方法中：步驟S1中所述小分子多元酸優選為己二酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸二甲酯、癸二酸、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐和馬來酸酐中的一種或幾種。步驟S1中所述小分子多元醇優選為新戊二醇、甲基丙二醇、1,2-乙二醇、1,4-丁二醇、一縮二乙二醇、1,2-丙二醇、三羥甲基丙烷、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇和聚四氫呋喃醚二醇中的一種或幾種。其中聚氧化丙烯二醇的數均分子量Mn優選為400、1000和2000；聚氧化丙烯三醇的數均分子量Mn優選為400、1000和2000；聚四氫呋喃醚二醇的數均分子量Mn優選為1000和2000。水性聚氨酯樹脂的制備方法通常是通過酯化和縮聚制得，關鍵技術是對樹脂結構的設計。本專利技術不優先選用外購成品樹脂而優選采用上述方法制備的水性聚氨酯樹脂，第一是對成品性能的考慮，可以對聚氨酯分子結構進行合理設計；同時也處于對成本考慮，采用上述方法制備成本較低廉。本專利技術所述多異氰酸酯優選為四甲基間苯二亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)和六亞甲基二異氰酸酯(HDI)中的一種或幾種的混合物。本專利技術所述納米粒子懸浮液為偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液，本專利技術中的偶聯劑改性的納米二氧化硅的粒徑，可根據水性聚氨酯膠粘劑的性能需求調控膠粘劑復合不同結構，其剝離強度的要求不同納米粒子的粒徑，其粒徑大小在20～500nm可控。進一步的，本專利技術所述偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液優選通過以下方法制得：選取無水乙醇和氨水混勻后升溫至40～50℃保溫攪拌得溶液a，再稱取無水乙醇和正硅酸乙酯混勻后得溶液b，將溶液b滴入溶液a中，滴加完畢恒溫攪拌1.5～2.0h，制得納米二氧化硅懸浮液，升溫至90～95℃，再加入偶聯劑恒溫攪拌23～25h，得到偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液。在該偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液的制備方法中：優選的，溶液a中所述無水乙醇和氨水的質量份配比為200～250：13～60；溶液b中所述無水乙醇和正硅酸乙酯的質量份配比為45～60：10～25，溶液a和溶液b的質量份配比優選為2.5～6.0：1；采用恒壓滴液漏斗以3～4滴/分鐘的速率將溶液b滴入溶液a中。優選的，所述偶聯劑為硅烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其用量為納米二氧化硅懸浮液總質量的0.8～2.0％。本專利技術采用上述方法制備偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液，通過溶液a和溶液b的不同配比可以制備出不同粒徑的納米二氧化硅，而且本專利技術對納米粒子沒有進行離心干燥，而是直接將懸浮液加入水性聚氨酯膠粘劑中，充分發揮了納米粒子的功能特性，從而得到高性能的水性聚氨酯膠粘劑。本專利技術中的納米粒子可以通過原位摻雜的方法加入水性聚氨酯膠粘劑中，不但有效抑制了納米粒子的團聚，保證了納米粒子在膠粘劑中的有效分散，充分發揮納米粒子的功效，同時大幅提升了水性聚氨酯膠粘劑的品質。優選的，本專利技術所述親水擴鏈劑為二羥甲基丙酸。優選的，本專利技術所述擴鏈劑為1,4-丁二醇和三羥甲基丙烷中的一種或兩種。優選的，本專利技術所述的成鹽劑為三乙胺。優選的，本專利技術所述增稠劑為羧甲基纖維素納和/或非離子締合型增稠劑。優選的，本專利技術所述消泡劑為聚氧烯醇胺醚類消泡劑。優選的，本專利技術所述流平劑為改性有機硅類流平劑。本專利技術的上述第二個目的是通過以下技術方案來實現的：上述水性聚氨酯膠粘劑的制備方法，包括以下步驟：(1)選取水性聚氨酯樹脂，升溫至108～110℃，抽真空至-0.90～-0.1MPa，真空脫水2.0～3.0h，降溫至50～60℃；(2)按用量關系，加入多異氰酸酯，50～55℃條件下保溫反應1.5～2.0h，然后升溫至80～95℃繼續保溫反應1.5～2.0h，得預聚體；(3)將預聚體溫度降至45～50℃，按用量關系，加入丙酮和親水性擴鏈劑，然后升溫至70～80℃保溫反應2.0～4.0h；(4)接著降溫至40～50℃，加入擴鏈劑，然后升溫至70～80℃保溫反應2.0～3.0h；(5)然后降溫至40～50℃，按用量關系加入成鹽劑，保溫反應1.0～1.5h；(6)按用量關系，加入納米粒子懸浮液調節轉速為1000～1500r/min攪拌30～60min后，再加入增稠劑、消泡劑和流平劑攪拌均勻，然后減壓脫去丙酮，降至常溫，出料過濾包裝即得水性聚氨酯膠粘劑。其中步驟(3)中加入丙酮可以降低粘度，并在步驟(6)中出料前減壓脫去。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：(1)本專利技術針對目前水性聚氨酯膠粘劑存在粘接強度低、初粘力低等，不能滿足多種領域的需要等問題，通過原位摻雜不同粒徑的納米粒子對其進行了改性，本專利技術有效的解決了納米粒子在基體中的分散問題，充分發揮納米粒子的功能效應，大力提高膠粘劑的品質，滿足水性聚氨酯膠粘劑更高標準的使用要求；(2)本專利技術制備方法首先通過小分子多元酸和小分子多元醇通過縮聚反應制備水性聚氨酯樹脂，再通過預聚反應-擴鏈反應-中和反應(加入成鹽劑那步即是中和反應)得到水性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種水性聚氨酯膠粘劑，其特征是主要由以下質量份配比的原料制成：

【技術特征摘要】
1.一種水性聚氨酯膠粘劑，其特征是主要由以下質量份配比的原料制成：2.根據權利要求1所述的水性聚氨酯膠粘劑，其特征是：所述水性聚氨酯樹脂通過以下方法制得：S1：選取小分子多元酸和小分子多元醇，按醇酸摩爾比1.1～1.4：1，加入反應容器中，在氮氣保護下逐漸加熱至220～230℃保溫反1.5～2.0h；S2：在220～230℃條件下減壓至-0.095～-0.1MPa，待酸值降到1.0以下后停止反應，即得到水性聚氨酯樹脂。3.根據權利要求2所述的水性聚氨酯膠粘劑，其特征是：步驟S1中所述小分子多元酸為己二酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸二甲酯、癸二酸、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐和馬來酸酐中的一種或幾種；步驟S1中所述小分子多元醇為新戊二醇、甲基丙二醇、1,2-乙二醇、1,4-丁二醇、一縮二乙二醇、1,2-丙二醇、三羥甲基丙烷、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇和聚四氫呋喃醚二醇中的一種或幾種。4.根據權利要求1所述的水性聚氨酯膠粘劑，其特征是：所述多異氰酸酯為四甲基間苯二亞甲基二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯和六亞甲基二異氰酸酯中的一種或幾種的混合物。5.根據權利要求1所述的水性聚氨酯膠粘劑，其特征是：所述納米粒子懸浮液為偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液，其中偶聯劑改性的納米二氧化硅的粒徑大小為20～500nm。6.根據權利要求5所述的水性聚氨酯膠粘劑，其特征是：所述偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液通過以下方法制得：選取無水乙醇和氨水混勻后升溫至40～50℃保溫攪拌得溶液a，再稱取無水乙醇和正硅酸乙酯混勻后得溶液b，將溶液b滴入溶液a中，滴加完畢恒溫攪拌1.5～2.0h，制得納米二氧化硅懸浮液，升溫至90～95℃，再加入偶聯劑恒溫攪拌23～25h，得到偶聯劑改性的納米二氧化硅懸浮液。7.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯高明，陳志國，章明秋，陳育城，阮文紅，林秋云，
申請(專利權)人：廣東康和新材有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44