新型复合板材用聚氨酯胶粘剂的研究

    概述

    新型复合板材是近几年发展起来的新型建筑材料，用于高档建筑的内外墙装饰，美观豪华、格调高雅，成为流行的上等建筑装饰板材。而铝-塑复合板材用胶粘剂，要求特殊的性能指标，高的粘合强度，耐候性好，无论在干燥严寒的北方，还是在炎热潮湿的南方，复合板材均不会开裂变脆。而且能适应大规模工业涂布，可在常温条件下固化，将性能截然不同的金属箔和塑料板紧紧粘合在一起。这些要求，是其它类型胶粘剂所不能达到的。而聚氨酯胶粘剂，具有较好的弹性和粘接力，在零下30℃也不会变脆，且原料易得，价格合宜，适合做为铝-塑复合板用胶粘剂

    1实验部分

    1.1主要原料

    ＰＰＧ1000工业品;ＰＥＧ400工业品;ＴＤＩ工业品;溶剂工业品;固化剂含有胺基的芳香化合物自制。


    1.2合成方法

    (1)Ａ组分的制备在装有搅拌器、冷凝器、温度计的四口瓶中，加入计量好的ＴＤＩ，在不断搅拌下，加入经过脱水的聚醚多元醇，升温70～90℃，保持4～5ｈ，反应完成后降温用溶剂调节固含量。过滤出料，即为Ａ组分。


    (2)Ｂ组分制备在装有搅拌器、冷凝器、温度计的四口瓶中，加入经预先干燥、提纯的溶剂，在不断搅拌下，加入自制的固化剂，升温40～50℃，待固化剂全部溶解后，冷却至室温。过滤包装，即为Ｂ组分。


    (3)两组分单独包装，在使用前将按一定质量比混合在一起，经充分搅匀，方可使用，现用现配，不可将配好的料液存放，以防止固化交联。


    1.3使用性能

    项目指标配比(质量)1∶038-05;涂布方式滚涂(刷涂);涂布量/ｋｇ•ｍ-204～05;涂布温度/℃常温;熟化温度/℃;熟化时间/ｈ24;熟化压力0007～0008ＭＰａ;剥离强度Ｎ/25ｃｍ>80

    2结果与讨论

    2.1原料配比

    Ａ组分是由聚醚多元醇(-ＯＨ)和含有异氰酸基团(-ＮＣＯ)的ＴＤＩ反应而成，其中聚醚多元醇是ＰＰＧ和ＰＥＧ的混合物，因为两组分的相对分子质量不同，加入部分ＰＥＧ以便调整ＰＰＧ分子的规整性，增加交联密度，形成不规则的网状结构，增加粘合力，其用量为ＰＰＧ/ＰＥＧ以1∶01～025(质量比)，量大则胶膜发脆、粘结强度下降、且成本高。


    聚醚多元醇(-ＯＨ)和异氰酸酯(-ＮＣＯ)两官能团之比，直接影响产品性能和粘合强度，若(-ＯＨ)>(-ＮＣＯ)，则反应过程消耗了全部(-ＮＣＯ)基团，过量(-ＯＨ)基团不具有反应活性，不能同Ｂ组分形成三维网状结构，也就不能产生较强的粘合力。若使聚醚两端含有(-ＮＣＯ)活性基团，则两官能团之比(-ＯＨ)/(-ＮＣＯ)至少为1∶2，若以此为例，反应产物的相对分子质量高，粘度大(如图1)，在复合板材上涂布不均匀，影响粘结强度，Ｔ-剥离强度小于(80Ｎ/25ｍｍ)，若2<(-ＯＨ)/(-ＮＣＯ)<25，产品相对分子质量低，粘度小，能达到较强的粘结力，其Ｔ-剥离强度大于(80Ｎ/25ｍｍ)。但(-ＮＣＯ)不能过量太多，因产品中含过量的游离(-ＮＣＯ)，会造成环境污染，增加成本，且不能显著地提高粘合性能。综合考虑，使Ａ组分具有足够的反应活性，产生较好的粘结力，本实验认为(-ＯＨ)/(-ＮＣＯ)为1∶202～205范围较为合宜。

    2.2反应温度

    在反应过程中，因为(-ＮＣＯ)的活性高，一旦被活化与活泼氢的反应很激烈，急剧放出大量热，很难控制。在这种情况下，如果不能及时将反应热移出去，产品就会出现支化交联，严重情况出现凝胶，不能使用。若温度太低，官能团未被活化，反应过程很慢，且反应不完全，使产品中含过量的游离(-ＮＣＯ)基团，污染环境，所以控制反应温度是合成的重要条件，认为控制反应温度70～80℃较为合理。


    2.3水含量

    1)在聚氨酯合成中，很忌讳原料中含有水分，因为异氰酸酯与水很容易反应，如下式:

新型复合板材用聚氨酯胶粘剂的研究

    当反应生成不稳定的氨基甲酸酯，使产品粘度增加，且很快放出胺基化合物与ＣＯ2，再进一步与异氰酸酯反应生成缩二脲，促使凝胶化。即使不发生胶凝，消耗大量的(-ＮＣＯ)，使配料比发生变化，也会导致产品不能使用。


    2)若在Ｂ组分中含有水分，当两组分混合后，像上述异氰酸酯和水发生反应，在固化过程中产生大量ＣＯ2气体，应用在铝-塑复合板材中，因为两面都是致密的金属箔材，没有空隙释放出ＣＯ2气体，因此在板材局部地方产生大小不均匀的气泡，将箔材鼓成高低不平的气包，影响板材的平整、美观，甚至成为废品，为此，严格控制原料、产品及工艺过程中水含量在01%以下，最好是小于005%。


    3)两组分的配比Ａ、Ｂ两组分的配比对粘接强度的影响，如表1:

新型复合板材用聚氨酯胶粘剂的研究

    以Ａ组分为基础，Ｂ组分量少，则交联点少，形成疏松网状结构，粘合强度低;若Ｂ组分量大，交联点或者说反应点多，形成密集的网状结构，粘合力强，但缺乏弹性，在外力作用下，容易变脆而开裂。另外，Ｂ组分含量高，溶剂量大，挥发较慢，影响干燥速度;若Ｂ组分量小，混合后粘度大，对被粘材料润湿较慢，使局部粘接面缺胶，影响粘接强度。


    3结论

    本文对胶粘剂的制备进行了研究，确定了反应条件及工艺过程，按照上述指标，进行了工业放大实验，其产品已用于铝-塑复合板材生产线，经厂家测试，认为符合现场工艺操作条件，且性能好，粘接强度高，可替代进口同类产品使用。其次，对于陶瓷、木材、织物、多孔材料及表面光洁的金属材料等，具有良好的粘接性能。

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