一种光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法

本发明属于胶黏剂，具体涉及一种光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯胶黏剂根据使用体系不同可分为溶剂型、无溶剂型和水性聚氨酯胶黏剂。其中，溶剂型聚氨酯胶黏剂由于含有易燃易爆、有毒性的挥发性有机溶剂，使用时会造成环境污染，危害性较大。紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯结合了光固化体系和水性体系的特点，由于具有挥发性有机物排放低、固化速度快、体系粘度低、生产设备易于清洁等显著优点，逐渐引起人们的重视。

2、目前水性聚氨酯丙烯酸酯存在固含量较低、耐水解性能差、耐热性差等缺点。聚硅氧烷的主链结构由重复的si-o-si键组成，有机基团连接到si原子作为侧基。聚硅氧烷的许多优异性能都归功于这种独特的化学结构，如优异的柔性、耐热性、疏水性和低表面张力。将聚硅氧烷引入水性聚氨酯丙烯酸酯中，有望提高水性聚氨酯丙烯酸酯的耐水耐热性。但聚硅氧烷本身疏水性大、粘度低，存在与水性聚氨酯丙烯酸酯相容性差和过量使用会使胶黏剂粘结力降低的问题。因此，如何将聚硅氧烷有效引入水性聚氨酯丙烯酸酯并充分发挥其作用还需深入探索。

技术实现思路

1、本发明为解决上述现有技术存在的问题，提供一种光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法。本发明首先将少量端羟基聚硅氧烷通过共聚合引入到聚氨酯主链中，制备了储存稳定的有机硅改性的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，然后将该乳液与光引发剂、丙烯酸酯单体和其他助剂混合，制备了光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂，有效提高了水性聚氨酯胶黏剂的耐热和耐水解性能，同时保证了粘接强度。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其包括以下步骤：

4、(1)将77~79质量份的聚酯多元醇或聚醚多元醇，1~3质量份的端羟基聚硅氧烷在100~120℃下脱水后加入反应器中，并加入20~22质量份的二异氰酸酯、0.01~0.02质量份的有机金属催化剂，70~85℃下反应2~4小时；然后加入将4~6质量份的亲水扩链剂，在60~70℃下扩链反应2~3 h；随后加入5~7质量份的丙烯酸酯双键封端剂和0.01~0.02质量份的阻聚剂，在60~70℃下反应2~3 h；最后加入3~4质量份的中和剂，得到有机硅改性的聚氨酯丙烯酸酯预聚体；

5、(2)将120~200质量份的去离子水加入120-150质量份步骤（1）所得有机硅改性的聚氨酯丙烯酸酯预聚体中，在20~30℃下高速剪切分散0.5~1小时，得到固含量为30~50 wt%的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液；

6、(3)将0.01~0.1质量份的消泡剂、0.01~0.2质量份的增稠剂和0.1~1质量份的固化剂加入40质量份的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液中，高速剪切混合均匀，制得所述水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂。

7、(4)将0.01~0.1质量份的消泡剂、0.01~0.2质量份的增稠剂、0.1~1质量份的固化剂、20质量份的丙烯酸酯单体和0.2~0.4质量份的光引发剂加入40质量份的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液中，高速剪切混合均匀，制得所述光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂。

8、步骤（3）和步骤（4）为并列的技术方案。

9、步骤(1)中所述聚酯多元醇为聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己二酸酯多元醇中的任意一种或几种，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃多元醇、环氧丙烷聚醚多元醇中的任意一种或几种，优选聚己内酯多元醇。

10、步骤(1)中所述端羟基聚硅氧烷为端羟基聚二甲基硅氧烷、端羟丙基聚硅氧烷中的任意一种或几种，优选端羟丙基聚硅氧烷。

11、步骤(1)中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4-二环己基甲烷二异氰酯中的任意一种或几种，优选异佛尔酮二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯组合，其摩尔比优选为1:1。

12、步骤(1)中所述有机金属催化剂为有机锡、有机铋催化剂中的任意一种或几种，具体如二月桂酸二丁锡、辛酸亚锡、新癸酸铋，优选二月桂酸二丁锡。

13、步骤(1)中所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、2,2-二羟甲基丁酸中的任意一种或几种，优选2,2-二羟甲基丙酸。

14、步骤(1)中所述封端剂为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的任意一种或几种，优选甲基丙烯酸羟乙酯。

15、步骤(1)中所述阻聚剂为对苯二酚、中和剂为三乙胺。

16、步骤(4)中所述丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的任意一种或几种，优选二缩三丙二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯组合，其质量比优选为7:3。

17、步骤(4)中所述光引发剂为二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮中的任意一种或几种，优选二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦。

18、本发明提供的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂，将少量端羟基聚硅氧烷通过与二异氰酸酯反应引入到聚氨酯主链中，由于端羟基聚硅氧烷的有机硅结构和高键能，使得产品有更好的耐水性和耐热性。同时，胶黏剂中的丙烯酸酯单体和光引发剂在紫外光的照射下，迅速与水性聚氨酯丙烯酸酯反应交联，提高了水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的固化速率和粘结强度。

19、相对于现有的技术，本发明制备方法的有益效果在于：

20、(1) 本发明将少量端羟基聚硅氧烷作为多元醇软段与异氰酸酯进行反应，制备了稳定性好、固含量较高的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液。

21、(2) 本发明通过端羟基聚硅氧烷将有机硅结构引入聚氨酯主链中，少量端羟基聚硅氧烷链段可以一定程度上促进硬段和软段的微观相分离，硬段之间氢键的作用力更强，使wpua的内聚能有所提高，一定程度上提高了胶黏剂的粘接性能；利用有机硅结构的疏水性和si-o-si键能高的特点，提高了水性聚氨酯丙烯酸酯的耐水性和热稳定性。

22、(3) 本发明通过优选丙烯酸酯单体和光引发剂制备的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂，在紫外照射下聚氨酯丙烯酸酯与丙烯酸酯单体迅速反应交联固化，提升了胶黏剂的粘接性能。

23、(4) 本发明的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂制备工艺简单，综合性能优异，安全无毒，成本较为低廉，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述聚酯多元醇为聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己二酸酯多元醇中的任意一种或几种，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃多元醇、环氧丙烷聚醚多元醇中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述端羟基聚硅氧烷为端羟基聚二甲基硅氧烷、端羟丙基聚硅氧烷中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4-二环己基甲烷二异氰酯中的任意一种或几种。

5.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述有机金属催化剂为有机锡、有机铋催化剂中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、2,2-二羟甲基丁酸中的任意一种或几种。

7.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述丙烯酸酯双键封端剂为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述阻聚剂为对苯二酚、中和剂为三乙胺。

9.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸甲酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的任意一种或几种。

10.根据权利要求1所述的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述光引发剂为二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮中的任意一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的制备方法，其制备过程包括：先将聚酯多元醇或聚醚多元醇、端羟基聚硅氧烷与二异氰酸酯反应，然后加入亲水扩链剂进行扩链反应，并使用丙烯酸酯双键封端剂封端，再加入中和剂，反应完成后加入去离子水高速剪切分散，得到水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，最后加入消泡剂、增稠剂、固化剂、丙烯酸酯单体和光引发剂等助剂，制得所述光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂。本发明将少量端羟基聚硅氧烷引入到水性聚氨酯的主链中，有效提高了光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂的耐热和耐水解性能。本发明的光固化水性聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂制备工艺简单，综合性能优异，安全无毒，成本较为低廉，应用前景广阔。

技术研发人员：张卫英,叶一鸣,李晓
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13