本发明涉及一种耐高温水性聚氨酯胶粘剂的制备技术，特别涉及一种可用于做绝热材料的PET/无纺布复合水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法。
背景技术：
水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。进入21世纪，环保和健康安全问题被广泛关注。水性胶粘剂以水为基本介质，具有不燃、气味小、不污染环境、节能、操作加工方便等特点，用水性黏合剂来取代溶剂型胶粘剂，对改善工作环境，减少污染，降低工作强度，避免火灾的危险非常有效。水性胶粘剂替代溶剂型产品已大势所趋。
技术实现要素：
本发明实施方式提供一种耐高温水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法，通过使用扩链剂，及后期的复配，得到一种具有耐高温性能的水性聚氨酯胶粘剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种耐高温水性聚氨酯胶粘剂，该胶粘剂包含：多元醇、多异氰酸酯、丙酮、扩链剂、成盐剂、去离子水、二次扩链剂和功能单体聚乙烯醇；其中，所述多异氰酸酯的用量为多元醇总重量的30％～45％，所述丙酮的用量为多元醇总重量的25％～30％，所述扩链剂的用量为多元醇总重量的5％～8.5％，所述成盐剂的用量为多元醇总重量的3％～5％、所述去离子水的用量为多元醇总重量的400～800倍，所述二次扩链剂的扩链系数为0.9～1.05，其中，扩链系数指二次扩链剂中的NH与体系中游离的NCO的摩尔比，最后加入功能单体聚乙烯醇的水溶液，浓度为10％～20％，添加量为多元醇总重量的30％～40％。
所述多元醇包括：聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇中的至少一种。
所述多异氰酸酯包括：甲苯二异氰酸酯、1，5～萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯，二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯中的至少一种。
所述成盐剂包括：氢氧化纳、氨水、三乙胺中的至少一种。
所述二次扩链剂包括：乙二胺、二乙烯三胺、磺酸盐扩链剂、乙二氨基乙磺酸钠、1，4-丁二醇-2-磺酸钠、异佛尔酮二胺(IPD)、三甲基己二按TMD、4，4′-二胺基二环己基甲烷(HMDA)、3，3′-二甲基4，4′-二胺基二环己基甲烷(DAMHM)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基二甲氧基硅烷中的至少一种。
本发明实施方式还提供一种耐高温水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，该方法包括：按上述权利要求1所述的比例关系取多元醇、多异氰酸酯、丙酮、扩链剂、成盐剂、去离子水和二次扩链剂，将所述多元醇中加入所述丙酮、所述多异氰酸酯和所述扩链剂，反应生成端异氰酸的预聚体，向所述生成的端异氰酸的预聚体中加入所述成盐剂使该端异氰酸的预聚体成盐，成盐后再加入去离子水进行乳化，乳化后加入二次扩链剂进行二次扩链，即得水性聚氨酯胶粘剂。
所述方法进一步包括：
在所述多元醇中加入所述丙酮、所述多异氰酸酯和所述扩链剂之前，将所述多元醇加热升温至100～120℃，真空脱水处理0.8～1.5h；在脱水处理后的多元醇中加入占多元醇总重量25～30％的所述丙酮，搅拌混合均匀后加入所述扩链剂，使物料搅拌混合均匀后升温至40～60℃，加入多异氰酸酯，在2～3h内升温至70～90℃，反应3～4h得到端异氰酸的预聚体；检测所述得到的端异氰酸的预聚体的NCO％，若NCO达到2.5％～3％为合格，将所述端异氰酸的预聚体降温至50～40℃；在搅拌状态下加入占多元醇总重量的3％～5％的所述成盐剂，使所述端异氰酸的预聚体成盐，再加入去离子水乳化后，进行二次扩链得到产物；将得到的所述产物加入功能单体聚乙烯醇进行复配，即得耐高温水性聚氨酯胶粘剂。
所述方法进一步包括：
在100℃～120℃下对反应用的所述多元醇进行抽真空脱水，脱水后降温至50℃，在脱水后的所述多元醇中加入占多元醇总重量25％～30％的所述丙酮，搅拌后加入所述扩链剂，加料完毕后，搅拌使物料混合均匀；
将所述混合后的物料在0.5～1h内缓慢升温到50℃～60℃，加入所述多异氰酸酯，在0.5～1h内缓慢升温，控制反应温度在80℃反应2～4h，检测NCO％，若NCO达到2.5％～3％为合格则降温至40℃以下，搅拌下加入所述成盐剂，30min后加入去离子水，加完去离子水后加入胺盐扩链剂作为二次扩链剂，搅拌持续30min，得到水性聚氨酯产物；
向所述得到的水性聚氨酯产物加入功能单体聚乙烯醇进行复配，即得到耐高温的水性聚氨酯胶粘剂。
所述检测-NCO％是否合格进一步包括：若检测NCO％的结果为NCO未达到2.5％～3％则为不合格，在温度70～90℃下继续反应，直到检测NCO％达到NCO达到2.5％～3％的合格标准。
由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明通过合理的反应工艺及原料，通过增加体系的硬段如羧基、脲基、胺基甲酸酯基的含量；低分子量软段使用；体系中的物理交联和化学交联；以及2官能度以上的反应；及后期的复配制备了一种性能优越的，具有耐高温、耐水性、及电性能的水性聚氨酯胶粘剂。这是一条绿色的、清洁的、高效的水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，该方法简单，产品粘结强度高、具有好的耐高温性能，用该胶复合的产品可用作绝缘材料。
具体实施方式
本发明实施方式提供一种耐高温水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法，该胶粘剂包含：多元醇、多异氰酸酯、丙酮、扩链剂、成盐剂、去离子水、二次扩链剂和功能单体聚乙烯醇；其中，所述多异氰酸酯的用量为多元醇总重量的30％～45％，所述丙酮的用量为多元醇总重量的25％～30％，所述扩链剂的用量为多元醇总重量的5％～8.5％，所述成盐剂的用量为多元醇总重量的3％～5％、所述去离子水的用量为多元醇总重量的400～800倍，所述二次扩链剂的扩链系数为0.9～1.05，其中，扩链系数是指二次扩链剂中的NH与整个反应体系中游离的NCO的摩尔比，最后加入功能单体聚乙烯醇的水溶液，浓度为10％～20％，添加量为多元醇总重量的30％～40％。
通过将所述多元醇先与扩链剂进行一次扩链，再加入多异氰酸酯，形成预聚体，在70～90℃的温度条件下，再向得到的预聚体中加入成盐剂中和，再用具有特殊功能的扩链剂，如硅烷偶联剂进行二次扩链，真空脱除溶剂后，最后将其与功能单体复配，即可得到胶粘剂成品。该胶粘剂可用于14μ厚的PE膜与面密度30～70g的无纺布的复合，是一种绿色环保产品，有效减少了溶剂胶对环境的污染。
为便于理解，下面结合具体实施例对本发明的具体实施过程进行说明。
实施例一
本实施例提供一种具有耐高温性能的水性聚氨酯胶粘剂，它可以用于与无纺布及PE膜复合后用作耐高温的绝缘材料，减少了溶剂胶对环境的污染，该胶粘剂具体包括：多元醇、多异氰酸酯、丙酮、扩链剂、成盐剂、去离子水、二次扩链剂和功能单体聚乙烯醇；其中，所述多异氰酸酯的用量为多元醇总重量的30％～45％，所述丙酮的用量为多元醇总重量的25％～30％，所述扩链剂的用量为多元醇总重量的5％～8.5％，所述成盐剂的用量为多元醇总重量的4％～8％、所述去离子水的用量为多元醇总重量的400～800倍，所述二次扩链剂的用量为与体系中的NCO等摩尔，即所述二次扩链剂的扩链系数为0.9～1.05，其中，扩链系数是指二次扩链剂中的NH与整个反应体系中游离的NCO的摩尔比，最后加入功能单体聚乙烯醇的水溶液，浓度为10％～20％，添加量为多元醇总重量30％～40％。
其中，所述的多元醇可以为：聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇中的至少一种。
所述的多异氰酸酯可以为：甲苯二异氰酸酯、1，5～萘二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯，二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯中的至少一种。
所述的成盐剂可以为：氢氧化钠、氨水、三乙胺中的至少一种；
所述的扩链剂可以为：亲水扩链剂和二羟甲基丙酸中的至少一种；
所述二次扩链剂包括：乙二胺、二乙烯三胺、磺酸盐扩链剂、乙二氨基乙磺酸钠、1，4-丁二醇-2-磺酸钠、异佛尔酮二胺(IPD)、三甲基己二按TMD、4，4′-二胺基二环己基甲烷(HMDA)、3，3′-二甲基4，4′-二胺基二环己基甲烷(DAMHM)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基二甲氧基硅烷中的至少一种。
对该胶粘剂的具体制备方法如下：
向所述多元醇中加入扩链剂(如可以是二羟甲基丙酸(DMPA))，搅拌使物料混合均匀，升温至50～60℃，30min后加入多异氰酸酯，缓慢升温，温度达到70～90℃，反应2～4h，取样检测其NCO％；
若NCO％不合格(即NCO未达到2.5％～3％)，则在70～90℃温度下继续反应，若合格(即NCO达到2.5％～3％)，则降温至40℃，加入三乙胺中和所述的扩链剂(如二羟甲基丙酸(DMPA))，室温下搅拌5～30min后，在搅拌状态下加入去离子水，待去离子水加入完毕后，加入扩链剂，其加入量与体系中游离的NCO等摩尔，搅拌持续10～30min，反应结束后，升温减压脱除丙酮，再与功能单体复配即得到耐高温的胶粘剂。
实际中，在制备上述胶粘剂时，将多元醇在三口瓶内加热升温至100～130℃，脱水处理0.8～1.5h；
在脱水处理后的多元醇中加入溶剂丙酮(丙酮的加入量为多元醇总重量的25％～30％)，搅拌使多元醇与丙酮混合，加入二羟甲基丙酸(DMPA)，DMPA的加入量占多元醇总重量的5％～8.5％，升温至50～60℃搅拌，再加入一种或几种多异氰酸酯，在2～3小时内缓慢升温，温度达到70～90℃，反应2～4h，取样检测其NCO％；
若NCO％不合格，则在此温度下继续反应，若NCO％合格，则降温至40℃，在搅拌下加入成盐剂，中和二羟甲基丙酸；
室温下搅拌5～30min后，在搅拌状态下加入去离子水，其加入量为多元醇的400～800倍，待加水完毕后，立即加入扩链剂，其加入量与体系中游离的NCO等摩尔，持续快速搅拌10～30min；
反应结束后，升温减压脱除丙酮，再与功能单体复配即得到性能优越的耐高温的水性聚氨酯胶粘剂产品。
实施例二
在一个装有温度计、回流管及搅拌器的三口烧瓶中加入聚氧化丙烯二醇100g，在120℃条件下将所述聚氧化丙烯二醇抽真空脱水，真空脱水后降温至40～50℃，加入占聚氧化丙烯二醇总重量26％的溶剂丙酮进行搅拌，再加入占所述聚氧化丙烯二醇总重量8.5％的二羟甲基丙酸(DMPA)，搅拌5～30min，加入35g的甲苯二异氰酸酯(TDI)，在2h内0.5～1h缓慢升温至85℃，保持2h后，从体系统中取样检测-NCO％(若NCO％达到2.5～3％即为达标)，若检测NCO％不合格，则在此温度(85℃)下继续反应，若NCO％合格，则使体系统降温至40℃，在搅拌状态下加入占聚氧化丙烯二醇总重量2.5％～4％的三乙胺，中和体系中的二羟甲基丙酸(DMPA)，在室温下搅拌5～30min后，再在搅拌状态下向体系中加入相当于聚氧化丙烯二醇总重量400～800倍的去离子水，待加去离子水完毕后，立即加入预先用水溶解好的浓度为10％的二乙烯三胺，所述二乙烯三胺水溶液的加入量与体系中游离的NCO等摩尔，以1000转/分钟以上的转数搅拌持续10～30min；反应结束后，升温减压脱除丙酮，将上面反应得到的产物中加入适量的聚氧乙烯进行复配，即可得到性能优越的耐高温的水性聚氨酯胶粘剂。用该胶粘剂对14μ厚的PET/无纺布(面密度30～70g)进行了复合实验，对其粘接强度、耐高温性、耐水性、及电性能进行了检测，具体如下：
使用上述得到的水性胶粘剂对PET/无纺布进行粘合，测其性能：黏结强度，该胶水做主剂与固化剂以一定配比(一般为主剂20：固化剂1)进行复合，湿基上胶量在5～6g，膜厚0.25mm，上胶后，在50℃下，熟化24h，具有较高的拉伸强度5.44/4.22/3.26，5.57/4.56/3.66(N/15mm)；
耐水性，将该胶粘剂复合的无纺布在23℃水中进行，浸泡24h，外观和强度变化很小；耐热性，在155℃下，将样品放置3min，外观无变化；
电性能测试，A-体积电阻率，2.0×10 14，B-表面电阻率3.0×10 14，C-击穿电压11.2KV。
实施例三
在一个装有温度计、回流管及搅拌器的三口烧瓶中加入聚氧化丙烯二醇100g，在120℃条件下抽真空脱水，降温至40～50℃，加入占聚氧化丙烯二醇总重量26％的丙酮进行搅拌，再加入二羟甲基丙酸(DMPA)，DMPA的加入量为聚氧化丙烯二醇(聚醚多元醇)总重量的6.0％，搅拌5～30min，加入18.4g的二苯基甲烷-4，4′二异氰酸酯(MDI)，缓慢升温到85℃，约2h后，取样检测-NCO％；若NCO％不合格，则在此温度下继续反应，若合格，则降温至40℃，在搅拌下加入占聚氧化丙烯二醇总重量2.5％～4％的三乙胺，中和二羟甲基丙酸；室温下搅拌5～30min后，在搅拌下加入去离 子水，其加入量为聚氧化丙烯二醇的400～800倍，待加水完毕后，立即加入预先用水溶解好的二乙烯三胺，其加入量与体系中游离的NCO等摩尔，搅拌持续10～30min；反应结束后，升温减压脱除丙酮，将上面的产物加入适量的功能单体进行复配，即可得到性能优越的耐高温的水性聚氨酯胶粘剂。用其对14μ厚的PET/无纺布(面密度30～70g)进行了复合实验，对其粘接强度、耐高温性、耐水性、及电性能进行了检测。
上述得到的水性胶水对PET/无纺布进行粘合，测其性能如下：黏结强度，该胶水做主剂与固化剂以一定配比进行复合，上胶量在5～6g，膜厚0.25mm，且在80℃下，熟化3h，具有高的拉伸强度5.80/4.90/3.54，5.95/4.67/3.66(N/15mm)；耐水性，将该胶复合的无纺布在23℃水中，浸泡24h，外观和强度均无大变化；耐热性，在155℃下，将样品放置3min，外观无变化；电性能测试，A-体积电阻率，2.4×10 14，B-表面电阻率3.6×10 14，C-击穿电压12KV。