一种水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法与流程

本发明属于胶黏剂技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法。

背景技术：

水性聚氨酯胶黏剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或异氰酸酯基(-NCO)的胶黏剂，水性聚氨酯胶黏剂分为多异氰酸酯和聚氨酯两大类，多异氰酸酯分子链中含有异氰基(-NC)和氨基甲酸酯基(-NH-COO-)，故水性聚氨酯胶黏剂表现出高度的活性与极性，与很有活泼氢的基材，如泡沫、塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷灯多孔材料，以及金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力。水性聚氨酯胶黏剂具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘合领域，并具备优异的柔韧特性。水性聚氨酯胶黏剂具备优异的橡胶特性，能适应不同热膨胀系数基材的粘合，在基材之间可形成软-硬过渡层，不仅粘接力强，同时还具有优异的缓冲、减震功能。水性聚氨酯胶黏剂的低温和超低温性能超过所有其他类型的胶黏剂。

水性水性聚氨酯胶黏剂以水为分散介质，其连续相为水，相对于传统溶剂型水性聚氨酯胶黏剂，其具有环保安全，易保管和贮存，使用方便的优点。同时其较好地保留了溶剂型聚氨酯的特性，特别是交联型聚氨酯乳液。所以，近年来，水性聚氨酯的研发与生产越来越受到世界各国的重视，如2003年美国胶黏剂市场中，溶剂型占14％，而水性占62％，射线固化型占1％，粉末型占1％，无溶剂型占22％。然而，现有技术中的水性聚氨酯胶黏剂存在复合强度低、成本高，对材料的针对性强，无法实现对各类纸、塑、布均适用，通用性差。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种复合强度高、成本低并对各类纸、塑、布等材料的通用性高的水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法。本发明所述水性聚氨酯胶黏剂能够适用于医药包装技术领域。

本发明所采用的技术方案为：

一种水性聚氨酯胶黏剂，原料组分包括：

脱水聚醚80-200重量份、脂肪族聚酯多元醇30-60重量份、1,4-丁二醇2-8重量份、二羟甲基丙酸5-20重量份、二甲基乙酰胺4-12重量份、异氰酸酯2-8重量份、成盐剂5-12重量份、扩链剂5-12重量份。

进一步优选所述水性聚氨酯胶黏剂的原料组分包括：

脱水聚醚120-180重量份、脂肪族聚酯多元醇40-50重量份、1,4-丁二醇3-7重量份、二羟甲基丙酸12-18重量份、二甲基乙酰胺6-10重量份、异氰酸酯4-6重量份、成盐剂6-10重量份、扩链剂6-10重量份。

进一步优选所述水性聚氨酯胶黏剂的原料组分包括：脱水聚醚150重量份、脂肪族聚酯多元醇45重量份、1,4-丁二醇5重量份、二羟甲基丙酸15重量份、二甲基乙酰胺8重量份、异氰酸酯5重量份、成盐剂8重量份、扩链剂8重量份。

所述脱水聚醚为脱水聚醚800、脱水聚醚2000、脱水聚醚4000中的一种或几种的混合物。

所述脂肪族聚酯多元醇为聚碳酸酯二元醇。

所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、己二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。

所述成盐剂为三乙胺和/或氢氧化钠。

所述扩链剂为二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:3-2:4组成的混合物。

一种制备所述的水性聚氨酯胶黏剂方法，包括如下步骤：

(1)分别取脱水聚醚、脂肪族聚酯多元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和二甲基乙酰胺并进行充分混合均匀，得到混合液；

(2)向所述混合液中加入溶剂丙酮，所述混合液与所述溶剂丙酮的质量比为4:1-5:1，充分混合均匀后，滴加异氰酸酯，并在60-100℃进行恒温反应3-8h，得到聚氨酯预聚体；

(3)将所述聚氨酯预聚体降温至45-55℃，在搅拌条件下加入成盐剂进行中和反应，之后加入水并在搅拌条件下进行乳化，得到乳化液；添加水的质量与所述聚氨酯预聚体的质量之比为0.8:1-1.2:1；

(4)向所述乳化液中加入扩链剂，进行扩链反应后，蒸发除去溶剂丙酮，即得所述的水性聚氨酯胶黏剂。

步骤(3)中，进行所述中和反应的时间为10-30min；进行所述乳化时，搅拌速度为4500-5500rpm，进行所述乳化的时间为15-25min；

步骤(4)中，所述扩链反应的时间为30-50min。

本发明的有益效果为：

本发明所述的水性聚氨酯胶黏剂，通过采用脱水聚醚、脂肪族聚酯多元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸、二甲基乙酰胺、异氰酸酯、成盐剂和扩链剂为原料并进行适合的重量配比，制备得到水性聚氨酯胶黏剂，不仅具备优良的耐热、耐酸、耐碱、耐醇性能，而且复合强度高，固含量高达45±2％，综合成本低，并且能够适用于各类纸、塑、布的粘合，对各类纸、塑、布的通用性高，本发明所述水性聚氨酯胶黏剂能够适用于医药包装技术领域。此外，本发明所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，操作简单，反应条件温和，符合环保需求，安全隐患小。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面实施例中以1重量份代表1g。

实施例1

本实施例提供一种水性聚氨酯胶黏剂，原料组分包括：

脱水聚醚800为80重量份、聚碳酸酯二元醇60重量份、1,4-丁二醇2重量份、二羟甲基丙酸20重量份、二甲基乙酰胺4重量份、甲苯二异氰酸酯8重量份、成盐剂为三乙胺5重量份、扩链剂为二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:3组成的混合物12重量份。

进一步，本实施例提供所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别取脱水聚醚800、聚碳酸酯二元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和二甲基乙酰胺并进行充分混合均匀，得到混合液；

(2)向所述混合液中加入溶剂丙酮，所述混合液与所述溶剂丙酮的质量比为4:1，充分混合均匀后，滴加甲苯二异氰酸酯，并在60℃进行恒温反应8h，得到聚氨酯预聚体；

(3)将所述聚氨酯预聚体降温至45℃，在搅拌条件下加入三乙胺进行中和反应10min，之后加入水并在4500rpm的搅拌条件下进行乳化25min，得到乳化液；添加水的质量与所述聚氨酯预聚体的质量之比为0.8:1；

(4)向所述乳化液中加入二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:3组成的混合物，进行扩链反应30min后，蒸发除去溶剂丙酮，即得所述的水性聚氨酯胶黏剂。

实施例2

本实施例提供一种水性聚氨酯胶黏剂，原料组分包括：

脱水聚醚2000为200重量份、聚碳酸酯二元醇30重量份、1,4-丁二醇8重量份、二羟甲基丙酸5重量份、二甲基乙酰胺12重量份、二苯甲烷二异氰酸酯2重量份、成盐剂为三乙胺12重量份、扩链剂为二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:4组成的混合物5重量份。

进一步，本实施例提供所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别取脱水聚醚2000、聚碳酸酯二元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和二甲基乙酰胺并进行充分混合均匀，得到混合液；

(2)向所述混合液中加入溶剂丙酮，所述混合液与所述溶剂丙酮的质量比为5:1，充分混合均匀后，滴加二苯甲烷二异氰酸酯，并在100℃进行恒温反应3-8h，得到聚氨酯预聚体；

(3)将所述聚氨酯预聚体降温至55℃，在搅拌条件下加入三乙胺进行中和反应30min，之后加入水并在5500rpm的搅拌条件下进行乳化15min，得到乳化液；添加水的质量与所述聚氨酯预聚体的质量之比为1.2:1；

(4)向所述乳化液中加入二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:4组成的混合物，进行扩链反应50min后，蒸发除去溶剂丙酮，即得所述的水性聚氨酯胶黏剂。

实施例3

本实施例提供一种水性聚氨酯胶黏剂，原料组分包括：

脱水聚醚4000为120重量份、聚碳酸酯二元醇50重量份、1,4-丁二醇3重量份、二羟甲基丙酸12重量份、二甲基乙酰胺6重量份、异佛尔酮二异氰酸酯6重量份、成盐剂为三乙胺6重量份、扩链剂为二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:3组成的混合物10重量份。

进一步，本实施例提供所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别取脱水聚醚4000、聚碳酸酯二元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和二甲基乙酰胺并进行充分混合均匀，得到混合液；

(2)向所述混合液中加入溶剂丙酮，所述混合液与所述溶剂丙酮的质量比为4:1，充分混合均匀后，滴加异佛尔酮二异氰酸酯，并在80℃进行恒温反应5h，得到聚氨酯预聚体；

(3)将所述聚氨酯预聚体降温至50℃，在搅拌条件下加入三乙胺进行中和反应20min，之后加入水并在5000rpm的搅拌条件下进行乳化20min，得到乳化液；添加水的质量与所述聚氨酯预聚体的质量之比为1:1；

(4)向所述乳化液中加入二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:3.5组成的混合物，进行扩链反应40min后，蒸发除去溶剂丙酮，即得所述的水性聚氨酯胶黏剂。

实施例4

本实施例提供一种水性聚氨酯胶黏剂，原料组分包括：

脱水聚醚2000为180重量份、聚碳酸酯二元醇40重量份、1,4-丁二醇7重量份、二羟甲基丙酸12重量份、二甲基乙酰胺10重量份、己二异氰酸酯4重量份、成盐剂为三乙胺10重量份、扩链剂为二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:4组成的混合物6重量份。

进一步，本实施例提供所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别取脱水聚醚2000、聚碳酸酯二元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和二甲基乙酰胺并进行充分混合均匀，得到混合液；

(2)向所述混合液中加入溶剂丙酮，所述混合液与所述溶剂丙酮的质量比为5:1，充分混合均匀后，滴加己二异氰酸酯，并在80℃进行恒温反应5h，得到聚氨酯预聚体；

(3)将所述聚氨酯预聚体降温至50℃，在搅拌条件下加入所述成盐剂进行中和反应20min，之后加入水并在5000rpm的搅拌条件下进行乳化20min，得到乳化液；添加水的质量与所述聚氨酯预聚体的质量之比为1:1；

(4)向所述乳化液中加入所述扩链剂，进行扩链反应40min后，蒸发除去溶剂丙酮，即得所述的水性聚氨酯胶黏剂。

实施例5

本实施例提供一种水性聚氨酯胶黏剂，原料组分包括：

脱水聚醚为脱水聚醚800、脱水聚醚2000和脱水聚醚4000按照质量比1:1:1组成的混合物150重量份、聚碳酸酯二元醇45重量份、1,4-丁二醇5重量份、二羟甲基丙酸15重量份、二甲基乙酰胺8重量份、异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和己二异氰酸酯按照质量比1:1:1:1组成的混合物5重量份、成盐剂为三乙胺和氢氧化钠按照质量比1:1组成的混合物8重量份、扩链剂为二乙烯三胺和异佛尔酮二胺按照摩尔比2:3.5组成的混合物8重量份。

进一步，本实施例提供所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别取脱水聚醚、聚碳酸酯二元醇、1,4-丁二醇、二羟甲基丙酸和二甲基乙酰胺并进行充分混合均匀，得到混合液；

(2)向所述混合液中加入溶剂丙酮，所述混合液与所述溶剂丙酮的质量比为5:1，充分混合均匀后，滴加所述异氰酸酯，并在80℃进行恒温反应5h，得到聚氨酯预聚体；

(3)将所述聚氨酯预聚体降温至50℃，在搅拌条件下加入所述成盐剂进行中和反应20min，之后加入水并在5000rpm的搅拌条件下进行乳化20min，得到乳化液；添加水的质量与所述聚氨酯预聚体的质量之比为1:1；

(4)向所述乳化液中加入所述扩链剂，进行扩链反应40min后，蒸发除去溶剂丙酮，即得所述的水性聚氨酯胶黏剂。

实验例

采用标准方法对本发明实施例5所述水性聚氨酯胶黏剂的基本性能及物理性能进行检测，检测结果如表1所示。

表1-本发明所述水性聚氨酯胶黏剂的基本性能及物理性能

进一步，将实施例5所述水性聚氨酯胶黏剂用于不同复合结构之间的黏合，并测量复合强度，结果见表2。

表2-所述水性聚氨酯胶黏剂用于不同复合结构的复合强度

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。