本发明涉及水性聚氨酯胶粘剂领域，具体涉及一种低表面张力水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法。
背景技术
近年来，由于聚氨酯技术的长足发展，水性聚氨酯的应用越来越广泛。水性聚氨酯具有绿色环保，分子结构软硬度可调，耐低温、柔韧性好、粘接强度高等特点，得到越来越多行业的认可。
水性聚氨酯胶粘剂是将聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂，不仅保持了聚氨酯的优点，还因为粘度较低，施工方便，广泛应用于家具、鞋服、纺织、包装等行业。但水性聚氨酯胶粘剂有一个极大的缺陷，即对非极性基材的润湿性差。
大量研究表明，基材润湿程度越高，水性聚氨酯胶粘剂越容易在基材上铺展，被粘物之间的接触面积越大，粘接强度越高；反之，基材润湿程度低，则胶粘剂难以在基材上铺展，被粘物之间接触面积小，粘接强度越低。即水性聚氨酯胶粘剂对基材的润湿好坏将直接影响被粘物之间的粘接强度。
一般来说，水性液体对基材的润湿，则表明水性液体的表面张力低于基材的界面张力。市面上用于胶粘剂领域的水性聚氨酯分散体的表面张力普遍在50～60mn/m。常见液体表面张力：水72mn/m，乙醇24mn/m，甲苯31mn/m，丙酮26mn/m，正辛醇29mn/m，聚醚改性有机硅20～25mn/m；常见被粘物质的界面张力为：聚乙烯31mn/m，聚丙烯34mn/m，聚氯乙烯36mn/m，尼龙46mn/m，pet43mn/m，聚醋酸乙烯酯37mn/m，聚甲基丙烯酸甲酯40mn/m，玻璃280mn/m，钢75mn/m，天然橡胶36mn/m。
因此，水性聚氨酯分散体无法在塑料、橡胶等低表面能的材料中润湿。常用的方法是通过添加低表面张力的润湿剂，降低水性聚氨酯胶粘剂的表面张力。但由于所添加的润湿剂是表面活性剂，在水性体系中极易起泡，形成大量泡沫，同时也可能使胶粘剂粘接性能下降，造成诸多使用不便。
针对低表面张力水性聚氨酯分散体，技术人员也做了大量努力。公开号为cn103080176a的中国发明专利公开了一种氟化乙氧基化聚氨酯，其分子中含有全氟烷基，用来改变液体表面性能。公开号为cn102911342a的中国发明专利公开了一种含氟水性聚氨酯固化剂及其制备方法，改善了水性聚氨酯胶粘剂树脂的耐热性、耐水性，提高了粘接强度。以上两份专利均利用含氟化合物极低的表面张力，提高聚氨酯胶粘剂的性能，而含氟化合物价格昂贵，生产过程污染较大，不可生物降解，对环境破坏大；含氟化合物能够迅速降低胶粘剂体系的表面张力，最终形成的胶层表面张力低，影响材料的二次贴合。
公开号为cn107236511a的中国发明专利公开了一种鞋用聚氨酯胶粘剂组合物及其制备方法，利用改性八(氨基苯基三氧硅烷)接枝3,4’,5-三羟基二苯乙烯与异氰酸酯、多元醇、扩链剂、改性环氧树脂和交联剂等反应，制得力学性能良好、耐水性、耐热性和润湿性能良好的鞋用聚氨酯胶粘剂组合物。但改性有机硅合成周期长，技术难度较大，不利于推广。并且由于改性有机硅在生产过程中常有副产物卤代氢产生，不仅加重处理难度，对生产设备、操作人员和环境均有较大的安全和环保压力。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种不需要加入润湿剂而粘接强度高、低表面张力的水性聚氨酯胶粘剂。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种低表面张力水性聚氨酯胶粘剂，包括如下重量份的原料：葡萄糖苷200～1000重量份，2，2～二羟甲基丙酸10～30重量份，多羟基化合物500～1500重量份，异氰酸酯500～1000重量份，扩链剂5～50重量份，消泡剂1～5重量份、增稠剂2～10重量份、杀菌剂1～5重量份和水1000～3000重量份；
所述葡萄糖苷为烷基碳链长为8～12的烷基葡萄糖苷或烷基碳链长为8～12、氧化乙烯基平均数为3的烷醇醚葡萄糖苷。
葡萄糖苷是由葡萄糖与脂肪醇或脂肪醇聚醚等进行缩合反应后的产物，烷基葡萄糖苷和烷醇醚葡萄糖苷在各类日用化妆品、农业科技中得到了广泛的应用。葡萄糖苷类化合物具有表面张力低、可生物降解、工业生产成熟、价格低廉等特点。如0.1％月桂基葡萄糖苷水溶液的表面张力低达27mn/m，因此，月桂基葡萄糖苷水溶液可以在常见的塑料表面铺展润湿。
本发明还提供一种上述低表面张力水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将葡萄糖苷、2，2-二羟甲基丙酸和多羟基化合物加入反应釜中，升温至110～120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05～0.1％，然后降温至40～50℃，得第一反应物；
步骤2、于步骤1所得第一反应物中加入异氰酸酯，升温至50～90℃，反应2～8小时，降温至40～50℃，得第二反应物；
步骤3、于步骤2所得第二反应物中加入扩链剂和丙酮，升温至55～60℃，保持丙酮沸腾，继续反应1～5小时，通过减压蒸馏除去体系中的丙酮，同时滴加水完成乳化过程，用ph调节剂调节体系ph＝6～9，补加余量水，得到水性聚氨酯分散体，所述水性聚氨酯分散体固含量为45～55％；
步骤4、于步骤3所得水性聚氨酯分散体中加入消泡剂、增稠剂和杀菌剂，分散15～60分钟，得水性聚氨酯胶粘剂。
本发明的有益效果在于：本发明将烷基碳链长为8～12的烷基葡萄糖苷或烷基碳链长为8～12、氧化乙烯基平均数为3的烷醇醚葡萄糖苷作为特殊多元醇与多异氰酸酯反应。不需额外添加润湿剂，就可降低水性聚氨酯胶粘剂的表面张力，也避免了润湿剂使胶粘剂产品产生起泡、胶黏性能降低的不利影响。对比常规多元醇和多元醇聚醚，烷基葡萄糖苷或烷醇醚葡萄糖苷与多异氰酸酯反应能够更大程度降低体系表面张力，提高水性聚氨酯胶粘剂对基材的润湿，进而提高水性聚氨酯胶粘剂在基材上的粘接强度。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：将烷基葡萄糖苷或烷醇醚葡萄糖苷作为特殊多元醇与多异氰酸酯反应，不需额外添加润湿剂，就可降低水性聚氨酯胶粘剂的表面张力。
本发明提供一种低表面张力水性聚氨酯胶粘剂，葡萄糖苷200～1000重量份，2，2-二羟甲基丙酸10～30重量份，多羟基化合物500～1500重量份，异氰酸酯500～1000重量份，扩链剂5～50重量份，消泡剂1～5重量份、增稠剂2～10重量份、杀菌剂1～5重量份和水1000～3000重量份；
所述葡萄糖苷为烷基碳链长为8～12的烷基葡萄糖苷或烷基碳链长为8～12、氧化乙烯基(ethoxylate，简称eo)平均数为3的烷醇醚葡萄糖苷。
葡萄糖苷是由葡萄糖与烷基碳链长为8～12的脂肪醇或烷基碳链长为8～12的脂肪醇聚醚等进行缩合反应后的产物，烷基葡萄糖苷和烷醇醚葡萄糖苷在各类日用化妆品、农业科技中得到了广泛的应用。葡萄糖苷类化合物具有表面张力低、可生物降解、工业生产成熟、价格低廉等特点。如0.1％月桂基葡萄糖苷水溶液的表面张力低达27mn/m，因此，月桂基葡萄糖苷水溶液可以在常见的塑料表面铺展润湿。
进一步的，所述葡萄糖苷为月桂醇基聚氧乙烯醚葡萄糖苷(aeg-12)、癸醇基聚氧乙烯醚葡萄糖苷(aeg-10)、辛醇基聚氧乙烯醚葡萄糖苷(aeg-08)、月桂基葡萄糖苷(apg-12)、癸基葡萄糖苷(apg-10)和辛基葡萄糖苷(apg-08)中的一种或几种的组合物。
进一步的，所述多羟基化合物为聚乙二醇600(peg-600)、聚丙二醇1000(ppg-1000)、聚乙二醇聚丙二醇嵌段聚醚(hsh-330)、聚己二酸乙二醇酯二醇(pea-1000)和聚己二酸己二醇酯二醇(pba-580)中的一种或几种的组合物。
进一步的，所述异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯(2，4-tdi)，2，6-甲苯二异氰酸酯(2，6-tdi)，4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)，六亚甲基二异氰酸酯(hdi)和异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)中的一种或几种的组合物。
进一步的，所述扩链剂为二乙烯三胺(deta)、乙二胺和1,4-丁二醇中的一种或几种的组合物。
进一步的，所述消泡剂为byk-1785和tegofoamex-825中的一种。
进一步的，所述增稠剂为聚氨酯缔合型增稠剂vesmodytmu605、vesmodytmu505和vesmodytmu905中的一种或几种的组合物。
进一步的，所述杀菌剂为kathontmlxe。
本发明还提供一种上述低表面张力水性聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、将葡萄糖苷、2，2-二羟甲基丙酸和多羟基化合物加入反应釜中，升温至110～120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05～0.1％，然后降温至40～50℃，得第一反应物；
步骤2、于步骤1所得第一反应物中加入异氰酸酯，升温至50～90℃，反应2～8小时，降温至40～50℃，得第二反应物；
步骤3、于步骤2所得第二反应物中加入扩链剂和200～500ml丙酮，升温至55～60℃，保持丙酮沸腾，继续反应1～5小时，通过减压蒸馏除去体系中的丙酮，同时滴加水完成乳化过程，用ph调节剂调节体系ph＝6～9，补加余量水，得到水性聚氨酯分散体，所述水性聚氨酯分散体固含量为45～55％；
步骤4、于步骤3所得水性聚氨酯分散体中加入消泡剂、增稠剂和杀菌剂，分散15～60分钟，得水性聚氨酯胶粘剂。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明利用烷基葡萄糖苷或烷醇醚葡萄糖苷的表面活性作用，将烷基葡萄糖苷或烷醇醚葡萄糖苷作为特殊多元醇与多异氰酸酯反应，不需额外添加润湿剂，就可降低水性聚氨酯胶粘剂的表面张力，也避免了润湿剂使胶粘剂产品产生起泡、胶黏性能降低的不利影响。对比常规多元醇和多元醇聚醚，烷基葡萄糖苷或烷醇醚葡萄糖苷与多异氰酸酯反应能够更大程度降低体系表面张力，提高水性聚氨酯胶粘剂对基材的润湿，进而提高水性聚氨酯胶粘剂在基材上的粘接强度。
进一步的，所述ph调节剂为氨水、三乙胺和二甲基乙醇胺中的一种。
实施例1
步骤1、将1000gaeg-12、26g2,2-二羟甲基丙酸和780gpeg-600加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05％，然后降温至40℃；
步骤2、将640gmdi缓慢加入反应釜中，升温至75℃，反应6小时后，降温至40℃；
步骤3、加入7gdeta和200ml丙酮，升温至55℃，保持丙酮沸腾，反应5小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮，蒸馏的同时强力搅拌并滴加2200g水完成乳化过程，用适量三乙胺调节体系ph＝7，得固体份约52％的水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入3gbyk-1785、5gvesmodytmu605和4gkathontmlxe，分散30分钟，得低表面张力水性聚氨酯胶粘剂a。
实施例2
步骤1、将930gaeg-8、25g2,2-二羟甲基丙酸和1050ghsh-330加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.08％，然后降温至45℃；
步骤2、将680ghdi缓慢加入反应釜中，升温至85℃，反应6小时后，降温至45℃；
步骤3、加入6g乙二胺和500ml丙酮，升温至58℃，保持丙酮沸腾，反应4小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮，蒸馏的同时强力搅拌并滴加2980g水完成乳化过程，用适量氨水调节体系ph＝8，得固体份约47％的水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入2gtegofoamex-825、4gvesmodytmu505和4gkathontmlxe，分散30分钟，得低表面张力水性聚氨酯胶粘剂b。
实施例3
步骤1、将280gapg-8、490gaeg-10，15g2,2-二羟甲基丙酸和830gpea-1000加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.1％，然后降温至50℃；
步骤2、将965gipdi缓慢加入反应釜中，升温至90℃，反应8小时后，降温至50℃；
步骤3、加入9g1,4-丁二醇和400ml丙酮，升温至60℃，保持丙酮沸腾，反应4小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮，蒸馏的同时强力搅拌并滴加2550g水完成乳化过程，用适量三乙胺调节体系ph＝7，得水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入3gbyk-1785、5gvesmodytmu905和4gkathontmlxe，分散30分钟，得固体份约50％的低表面张力水性聚氨酯胶粘剂c。
实施例4
步骤1、将500gapg-12、12.3g2,2-二羟甲基丙酸和700gpba-580加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05～0.1％，然后降温至40～50℃；
步骤2、将625g2,4-tdi缓慢加入反应釜中，升温至70℃，反应7小时后，降温至40～50℃；
步骤3、加入8.6gdeta和300ml丙酮，升温至55～60℃，保持丙酮沸腾，反应2小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮；蒸馏的同时强力搅拌并滴加1470g水完成乳化过程，用适量氨水调节体系ph＝7.5，得固体份约55％的水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入2.5gtegofoamex-825、3gvesmodytmu505和4gkathontmlxe，分散30分钟，得低表面张力水性聚氨酯胶粘剂d。
实施例5
步骤1、将200gapg-12、10g2,2-二羟甲基丙酸和500gpba-580加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05～0.1％，然后降温至40～50℃；
步骤2、将500g2,4-tdi缓慢加入反应釜中，升温至70℃，反应7小时后，降温至40～50℃；
步骤3、加入45gdeta和300ml丙酮，升温至55～60℃，保持丙酮沸腾，反应2小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮；蒸馏的同时强力搅拌并滴加1470g水完成乳化过程，用适量氨水调节体系ph＝7.5，得固体份约55％的水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入5gtegofoamex-825、10gvesmodytmu505和5gkathontmlxe，分散30分钟，得低表面张力水性聚氨酯胶粘剂e。
对比例1
对比例1与实施例1条件相似，将aeg-12更换为等量peg-600进行反应。
步骤1、将26g2,2-二羟甲基丙酸和1780gpeg-600加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05％，然后降温至40℃；
步骤2、将640gmdi缓慢加入反应釜中，升温至75℃，反应6小时后，降温至40℃；
步骤3、加入7gdeta和200ml丙酮，升温至55℃，保持丙酮沸腾，反应5小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮，蒸馏的同时强力搅拌并滴加2200g水完成乳化过程，用适量三乙胺调节体系ph＝7，得固体份约为52％的水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入3gbyk-1785、5gvesmodytmu605和4gkathontmlxe，分散30分钟，得水性聚氨酯胶粘剂f。
对比例2
对比例2与实施例4条件相似，将apg-12更换为等量pba-580进行反应。
步骤1、将12.3g2,2-二羟甲基丙酸和1200gpba-580加入反应釜中，升温至120℃，通过抽真空的方式，将物料中的水分降至0.05～0.1％，然后降温至40～50℃；
步骤2、将625g2,4-tdi缓慢加入反应釜中，升温至70℃，反应7小时后，降温至40～50℃；
步骤3、加入8.6gdeta和200ml丙酮，升温至55～60℃，保持丙酮沸腾，反应2小时后，减压蒸馏除去体系中的丙酮；蒸馏的同时强力搅拌并滴加1470g水完成乳化过程，用适量氨水调节体系ph＝7.5，得固体份约55％的水性聚氨酯分散体。
步骤4、在水性聚氨酯分散体中依次加入3gtegofoamex-825、5gvesmodytmu505和4gkathontmlxe，分散30分钟，得水性聚氨酯胶粘剂g。
上述实施例和对比例所得水性聚氨酯胶粘剂分别测试乳液的表面张力。结果如表1所示。
表1.实施例和对比例所得的水性聚氨酯胶粘剂的表面张力
从表1看出，实施例中水性聚氨酯胶粘剂的表面张力大大低于对比实施例中的水性聚氨酯胶粘剂。这说明以葡萄糖苷作为特殊羟基化合物，能够得到较低表面张力的水性聚氨酯胶粘剂产品。
将上述实施例和对比例所得水性聚氨酯胶粘剂用于橡胶条贴合测试，按gb/t30774-2014附录a的方法，将长(100±2)mm，宽(25±0.5)mm的橡胶条，分别在一面上进行打粗处理，使用前先除去碎屑，用橡胶处理剂擦拭一遍，放入(70±5)℃的烘箱中烘干3分钟后进行刷胶，胶液需刷得厚薄均匀，以被粘面上不缺胶、不堆胶为准。刷胶后放置于(70±5)℃的烘箱中烘干5分钟。待液膜变为透明状后，将两片橡胶刷胶处对贴，以0.6mpa的压力压合15秒。卸压后，置于(23±2)℃，相对湿度(50±5)％下平衡24小时，按gb532-2008测试粘合强度。所得结果如表2所示。
表2.实施例和对比例制得的水性聚氨酯胶粘剂的粘合强度对比。
表2所列结果可以看出，实施例所制得的低表面张力水性聚氨酯胶粘剂的粘合强度和对比实施例所制得的普通水性聚氨酯胶粘剂e和f比较，粘合强度明显更高，表明以葡萄糖苷作为特殊羟基化合物，能够明显提高胶粘剂的粘合强度。
综上所述，本发明提供的水性聚氨酯胶粘剂，利用烷基碳链长为8～12的烷基葡萄糖苷或烷基碳链长为8～12、氧化乙烯基平均数为3的烷醇醚葡萄糖苷的表面活性作用，将烷基葡萄糖苷或烷醇醚葡萄糖苷作为特殊多元醇与多异氰酸酯反应，不需额外添加润湿剂，就可降低水性聚氨酯胶粘剂的表面张力，不添加润湿剂也避免了润湿剂使胶粘剂产品产生起泡、胶黏性能降低的不利影响。对比常规多元醇和多元醇聚醚，烷基碳链长为8～12的烷基葡萄糖苷或烷基碳链长为8～12、氧化乙烯基平均数为3的烷醇醚葡萄糖苷与多异氰酸酯反应能够更大程度降低体系表面张力，提高水性聚氨酯胶粘剂对基材的润湿，进而提高水性聚氨酯胶粘剂在基材上的粘接强度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。