聚氨酯膠

聚氨酯膠聚氨酯膠
聚氨酯膠是指分子鏈中含有氨基甲酸酯集團(-NHCOO-)和/或異氰酸酯基(-NCO)的劑。它具有優異的性能,且套用領域廣泛。,聚氨酯膠由於含有強極性的異氰酸酯和氨基甲酸酯基,具有很高的反應性,能夠室溫固化,因而對金屬、橡膠、玻璃、陶瓷、塑膠、木材、織物、皮革等多種材料都有優良的膠粘性能。聚氨酯膠工藝簡便,室溫和加熱均能固化,不同材料膠粘時熱應力影響小,在各個領域都有廣泛的套用。

聚氨酯膠的優點

聚氨酯膠粘劑因含有極性很強、化學活潑型很高的異氰酸酯基和氨酯基,它與含有活潑氫的材料,如泡沫塑膠、木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料和金屬、玻璃、橡膠、塑膠等表面光潔的材料都有著優良的化學粘接力。
調節聚氨酯樹脂的配方可控制分子鏈中軟段與硬段比例及結構,製成不同硬度和伸長率的膠粘劑。
可加熱固化,也可以室溫固化。
固化屬於加聚反應,沒有副產物產生,因此不易使粘接層產生缺陷。
低溫和超低溫性能優良,超過幾乎其他所有類型的膠粘劑,其粘接層可在-196ºC,甚至-253ºC使用。
具有良好的耐磨、耐水、奶油、耐溶劑、耐化學藥品、耐臭氧及防黴菌等性能

聚氨酯膠的缺點

在高溫、高濕下易水解而降低粘接強度。

聚氨酯膠的分類

按照反應組分進行分類

多異氰酸酯膠粘劑(單體膠粘劑)
含異氰酸酯基聚氨酯膠粘劑
主要組成含有異氰酸酯與具體,多異氰酸酯和多羥基化合物的反應生成物。是聚氨酯膠粘劑中最重要的一部分,有單組分、雙組分、溶劑型、無溶劑型等類型。
含羥基聚氨酯膠粘劑
含羥基的線型聚氨酯聚合物,有二異氰酸酯與二官能度的聚酯或聚醚生成。屬於雙組分膠粘劑。

按溶劑形態進行分類

溶劑型聚氨酯膠粘劑
水性聚氨酯膠粘劑
無溶劑型聚氨酯膠粘劑(活性溶劑,固體型,熱熔膠等)

按照組分進行分類

單組分聚氨酯膠粘劑
雙組分聚氨酯膠粘劑

按用途進行分類

通用型聚氨酯膠粘劑
食品包裝用聚氨酯膠粘劑
鞋用聚氨酯膠粘劑
木材加工用聚氨酯膠粘劑
建築用聚氨酯膠粘劑
結構用聚氨酯膠粘劑
聚氨酯膠粘劑的原料

異氰酸酯

無論是異氰酸酯膠粘劑,還是聚氨基甲酸酯膠粘劑,都需要異氰酸酯單體。異氰酸酯是一類含有異氰酸基(-NCO)的有機化合物。異氰酸酯基由於累積雙鍵和碳原子兩邊的顛覆性很大的氮氧原子作用,使之具有很高的反應活性,能與絕大多數含活潑氫的物質反應。
常用的異氰酸酯主要有芳香族類和脂肪族類兩種。芳香族類的主要有:TDI、MDI、NDI、PAPI等;脂肪族類的主要有:HDI,HMDI,IPDI等。
由於TDI價格較低而且在2,4-基本二異氰酸酯中兩個不同位置的異氰酸根活性差異很大,有利於化學反應中的分子設計,套用較為廣泛。
MDI比TDI製備的異氰酸酯具有更好的模量和撕裂強度,因為MDI對稱,產生結構有序的相區結構。
芳香族異氰酸酯製備的聚氨酯,由於具有剛性的芳環,硬段內聚能增大,其強度比脂肪族的異氰酸酯生產的聚氨酯大,並且抗氧化性能也好。

聚酯多元醇

大部分為二官能度,一般要求酸值為0.3~0.5mgKOH/g為宜。
聚酯多元醇易於吸濕,儲運應避免大氣中水分進入。
為了減少可以反應,溫度不應超過120ºC

聚醚多元醇

羥短基的齊聚物,主鏈上的烴基由醚鍵連線。
低分子量的多元醇、多元胺或含活潑氫的化合物為起始劑,與氧化烯烴在催化劑作用下開環聚合而成。
催化劑

有機錫類催化劑

此類催化劑催化NCO/OH反應比催化NCO/H2O反應強,聚氨酯膠粘劑製備是大多採用此類催化劑。
叔胺類催化劑
此類催化劑對促進與水的反應特別有效。一般用於製備聚氨酯泡沫塑膠,發泡型聚氨酯膠粘劑以及低溫固化型,濕氣固化型聚氨酯膠粘劑。
溶劑
為了調整聚氨酯膠粘劑的年度,便於工藝操作,在聚氨酯膠粘劑的製備或使用過程中,經常要採用溶劑。
聚氨酯膠粘劑用的有機溶劑必須是“氨酯級溶劑”,基本不含水、醇等活潑氫化合物,溶劑純度比一般工業品高,常用的溶劑通常包括酮類(如甲乙酮、丙酮)、芳香烴(甲苯)、二甲基甲醯胺、四氫呋喃等。
異氰酸酯的主要化學反應
異氰酸酯基(-N=C=O)是一個高度的不飽和基,對許多化合物有很高的活性,加成反應很容易進行。從鍵能的角度看,由於N=C的鍵能小於C=O的鍵能,因此,一般加成反應都發生在碳氮之間的位置上。
理論上講,異氰酸酯能與任何含活潑氫的物質發生反應,但由於含活潑氫物質的化學結構、活潑氫的類型及該類化合物的性質等差別,使得反應呈現多樣性。對聚氨酯膠黏劑較有意義的反應主要是與含羥基化合物、含胺基化合物及水的反應。
異氰酸酯與羥基化合物反應
異氰酸酯與聚醚多元醇、聚酯多元醇等反應生成氨基甲酸酯。是聚氨酯合成中最常見的反應。異氰酸酯與水反應
異氰酸酯與水反應先生成不穩定的氨基甲酸,氨基甲酸分解成胺和二氧化碳。在過量異氰酸酯存在下,進一步反應生成取代脲。此反應是聚氨酯預聚體濕固化膠黏劑的基礎。

聚氨酯樹脂的合成

在聚氨酯膠黏劑中,除了單體異氰酸酯膠黏劑外,其他種類的聚氨酯膠黏劑都需要經過聚合反應形成聚氨酯樹脂。聚氨酯的合成有多種途徑,但廣泛套用的是二元、多元異氰酸酯與末端含羥基的聚酯多元醇或聚醚多元醇進行反應。當只用雙官能團反應物時,可以製成線型聚氨酯。
若用含-OH或含-NCO組分的官能度是三或更多,則生成有支鏈或交聯的聚合物。最普通的交聯反應是多異氰酸酯與三官能度的多元醇反應的交聯結構。

聚氨酯的結構對性能的影響

聚氨酯可看作是一種含軟鏈段和硬鏈段的嵌段共聚物。軟段由低聚物多元醇組成,硬段由多異氰酸酯或其與小分子擴鏈劑組成。

軟段的影響

聚酯型PU具有較高的強度、硬度、黏附力、抗熱氧化性;聚醚型PU具有較好的柔順性,優越的低溫性能,較好的耐水性;聚酯和聚醚中側基越小、醚鍵或酯鍵之間亞甲基數越多、結晶性軟段分子量越高,PU結晶性越高,機械強度和膠接強度越大。

硬段的影響

對稱性的二異氰酸酯(MDI)製備的PU具有較高的模量和撕裂強度;
芳香族異氰酸酯製備的PU強度較大,抗熱氧化性能好;二元胺擴鏈的PU具有較高的機械強度、模量、黏附性和耐熱性,且較好的低溫性能。

聚氨酯膠黏劑的固化單組分預聚體膠的固化

單組分預聚體膠可以常溫濕固化。因預聚體是帶有-NCO的彈性體高聚物,遇空氣中的潮氣即和H2O反應生成含有-NH2的高聚物,並進一步與-NCO反應生成含有脲基的高聚物。
、濕固化,膠層中有氣泡產生,-NCO含量越高,氣泡越多,因此預聚體的-NCO含量不能過高。膠接強度受濕度影響很大,濕度以40~90%之間為宜。

雙組分預聚體膠固化

雙組分膠黏劑的一組分是端基含有-NCO的預聚體或者多異氰酸酯單體;另一組分是固化劑(如胺類化合物)或者含羥基化合物,或者同時存在。
一般胺類比醇類活性大,採用不同固化劑可以調節固化時間並獲得不同性能的聚氨酯。
當預聚體-NCO含量高時,可用低分子二元醇或端基含-OH的聚酯、聚醚與固化劑並用,以改善預聚體膠的彈性。
當預聚體-NCO含量低時,可以用多官能度的胺類或醇類,以獲得高度交聯的聚氨酯。

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