单组分聚氨酯胶黏剂配方分析

  1.背景

聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，分子结构中含有相当数量的氨基甲酸酯以及脲、醚、酯等基团，具有耐磨、耐油、耐酸碱、耐水以及耐化学药品等优异性能。聚氨酯广泛应用于胶粘剂、涂料、弹性体、泡沫塑料等诸多领域。

单组分聚氨酯玻璃胶是一种无溶剂的反应型胶，在胶黏剂的主体材料中含有异氰酸基团，在合适的温度范围内能与空气中的水反应，形成高强度固态密封胶，这个过程一般称为潮气固化。单组分聚氨酯玻璃胶具有立面涂敷不流淌、施工方便、固化速度快等优点，固化后更具有粘结强度高、弹性好、耐水、耐老化及各种有机溶剂等特点。

无溶剂型单组分聚氨酯胶粘剂是目前国内外研究的热点，其主要优点是：1） 无毒，无污染；2）使用前不必进行化学计量和添加其他交联剂，可直接使用；3）操作简便易控，省时省力。其不足之处是：1）初粘力差，凝胶时间较长；2）固化过程中有气泡产生，导致胶层发泡膨胀、形成缩孔，从而影响粘接强度；3）黏度大，胶膜厚度难以控制，可操作性欠佳。

 2.单组分聚氨酯胶黏剂

 2.1单组份聚氨酯胶黏剂的组成

聚氨酯胶粘剂配方中一般包括下列的组分：基体、含活性氢化合物、催化剂、扩链剂、添加剂等。

 2.1.1 基体

基体，又称为预聚体，例如异氰酸酯，通常是甲苯二异氰酸 (TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) 或聚合的 MDI；

 2.1.2 含活性氢化合物

含活性氢的化合物，通常是聚酯型多元醇或聚醚型多元醇，也可以是聚乙二醇、聚己内酸酯和含羟基化合物的天然油脂；

 2.1.3 催化剂

聚氨酯反应常用的催化剂有：有机叔胺类(如三乙胺)和金属有机化合物类(如辛酸亚锡、辛酸铅、二月桂酸二丁锡等)。有机叔胺类催化剂能促进异氰酸酯与水反应放出二氧化碳，金属类催化剂对异氰酸酯与醇类反应有特效，催化剂的影响催化剂加入量一般控制在1%-2‰即可。

 2.1.4 扩链剂

扩链剂，通常是多胺；扩链剂是制备 PU 胶粘剂时常用的一种功能助剂，其特点是相对分子质量小、链节短且反应活性大。随着扩链剂用量的增加，胶粘剂的内聚强度增大、软化点增高、对材质的粘接强度增强且活性增大。

 2.1.5 添加剂

添加剂包括干燥剂、阻燃剂、偶联剂、抗氧剂、紫外抑制剂、着色剂、粘接促进剂、填充物、增塑剂、其它聚合物等。

其中增塑剂可以改善体系中各组分的相容性；调节固化物的物理性能，如拉伸强度、低温柔韧性、延伸率、硬度等；还可以用于降低体系的黏度，使其保持良好的流动。

 2.2常见聚氨酯胶工艺影响因素

 2.2.1 聚酯二元醇对PU胶粘剂性能的影响

聚酯二元醇的主链结构对PU胶粘剂的结晶度、结晶速率和内聚强度等影响较大、主链为线性链段的聚酯二元醇，其结晶性和结晶速率均优于主链中含侧基的非对称性链段的聚酯二元醇中含侧基的非对称性链段的聚酯二元醇。这是因为侧基的位阻作用会阻碍软链段的应变诱导结晶而以己二酸与其它二元醇为原料反应而成的聚酯，其结晶顺序依次为：乙二醇< l,4-丁二醇< l,6-己二醇。这是由于用偶数碳原子二元醇所合成的聚酯，其分子中的供氢基团与供电子基团较易接近形成氢键，从而使聚合物分子链较易结晶，且结晶速率随着偶数碳原子的增加而增加；而以丁二醇聚酯为软链段合成的 PU 胶粘剂具有较快的结晶速率、较大的拉伸强度、相对较高的软化点等力学性能和耐热性能，且能显著提高材质之间的剥离强度。因此，本实验选用己二酸与1,4-丁二醇 BDO 反应而成的聚酯二元醇作为合成PU胶粘剂的软链段。

 2.2.2 异氰酸酯指数 R 值对 PU 胶粘剂性能的影响

异氰酸酯指数 R=n(-NCO)／n(-OH) ，R值对胶粘剂的相对分子质量、表面张力、贮存稳定性及粘接强度等影响较大。表l列出了不同 R 值对胶粘剂性能的影响。

 2.2.3 扩链剂对PU胶粘剂性能的影响

扩链剂是制备PU胶粘剂时常用的一种功能助剂，其特点是相对分子质量小、链节短且反应活性大。随着扩链剂用量的增加，胶粘剂的内聚强度增大、软化点增高、对材质的粘接强度增强且活性增大。

 2.2.4催化剂对 PU 胶粘剂性能的影响

IPDI中与异氰酸酯基相连的是供电子基团，异氰酸酯基中碳原子的电负性很大，与活泼氢化合物的反应活性比甲苯二异氰酸 (TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI) 等相对较小。为了提高 IPDI 与羟基化合物的反应速率，一般加入催化剂。合成 PU 胶粘剂常用的催化剂是有机金属化合物和三元胺，如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三元胺和三亚乙基二胺等。但三元胺易促进异氰酸酯的三聚反应，形成网状交联结构；为促进线型结构的生成，防止交联，可选用二月桂酸二丁基锡为催化剂。

 2.2.5反应温度和时间对 PU 胶粘剂性能的影响

反应温度对合成 PU 胶粘剂的性能影响不大，但对反应速度的影响较大。