一种双组分聚氨酯结构胶及其制备方法和应用与流程

本发明属于粘结剂，具体涉及一种双组分聚氨酯结构胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，汽车用复合材料和塑料代替钢板的技术发展很快，特别是高强度的玻璃纤维增强塑料(frp)，例如玻璃纤维增强聚丙烯(ppgf)、片状模塑复合材料(smc)、树脂转移模塑复合材料(rtm)等被广泛应用于汽车上，然而smc和rtm材料不便使用传统的焊接技术与车身构架组装，这些零部件需要用聚氨酯胶粘剂进行粘接装配。

2、目前，用于汽车零部件粘接的胶黏剂一般都是双组份pu胶粘剂，它能承受较大的动态负荷和静态负荷。cn103261252a公开了一种双组份聚氨酯胶粘剂，双组分聚氨酯粘合剂体系包含树脂组分a和固化剂b，树脂组分a包含单体多异氰酸酯和预聚物。固化剂b包含分子量为3000至20000的聚醚多元醇和具有4～8个羟基并且分子量为200～1000的另一种多元醇，所述体系包括包含在树脂组分中的锡催化剂，和包含在固化剂中的封闭的氮杂型催化剂；所述体系具有优异的储存稳定性，在环境温度下提供优异的开放时间，并在被加热到65℃或更高时迅速固化。

3、cn104371632a公开了一种粘接纤维增强塑料的双组份聚氨酯胶粘剂及其使用方法，包括树脂a组份及固化剂b组份，a组分的组成及质量百分比为：40～70％的多异氰酸酯化合物、2～20％的聚氨酯预聚物、0～10％的除水剂、0～30％的填料以及0～15％的增塑剂；b组分的组成及质量百分比为：5～40％的聚醚多元醇、20～70％的疏水性多元醇、1～5％的硅烷偶联剂、2～15％的树脂、0.05～0.5％的催化剂、0～10％的分子筛、0～20％的填料。该胶粘剂对玻璃纤维增强塑料有良好的粘接，在无表面处理(打磨、底涂、等离子、火焰等)的条件下，对smc基材的粘接能达到高度的纤维撕裂破坏，该胶粘剂对玻璃纤维增强塑料具有良好的粘接效果。

4、但是，包括上述发明在内的现有技术提供的双组分聚氨酯结构胶不能同时到达高强度和高弹性的要求，限制了纤维增强塑料在汽车零部件中的应用。

5、因此，急需一种兼具高强度和高弹性的双组分聚氨酯结构胶，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双组分聚氨酯结构胶及其制备方法和应用，所述双组分聚氨酯结构胶包括a组分和b组分，通过限定上述a组分包括羟基封端聚丁二烯、小分子二元醇、液态聚酯多元醇、环氧改性聚醚多元醇和粘接促进剂，并搭配特定的b组分，使得到的双组分聚氨酯结构胶固化后具有较高的强度和较高的弹性，适合在材质为玻璃纤维增强塑料的汽车零部件的粘接中应用。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种双组分聚氨酯结构胶，所述双组分聚氨酯结构胶包括a组分和b组分；

4、所述a组分包括羟基封端聚丁二烯、小分子二元醇、液态聚酯多元醇、环氧改性聚醚多元醇和粘接促进剂；

5、所述b组分包括多异氰酸酯和聚氨酯预聚体。

6、本发明提供的双组分聚氨酯结构胶包括a组分和b组分，所述a组分包括羟基封端聚丁二烯、小分子二元醇、液态聚酯多元醇、环氧改性聚醚多元醇和粘接促进剂，所述b组分包括多异氰酸酯和聚氨酯预聚体，通过在a组分中添加羟基封端聚丁二烯和环氧改性聚醚进行搭配，并添加粘接促进剂，使得到的双组分聚氨酯结构胶固化后能兼具高强度和高弹性，适合用于汽车零部件(smc等基材)的粘接。

7、优选地，所述a组分按照重量份包括如下组分：

8、

9、作为本发明的优选技术方案，进一步限定a组分包括特定份数的上述原料，使得到的双组分聚氨酯结构胶在固化后能具有更高的强度和更高的弹性；其中，所述羟基封端聚丁二烯可以为17重量份、19重量份、21重量份、23重量份、25重量份、27重量份或29重量份等；所述小分子二元醇可以为1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份或4.5重量份；所述液态聚酯多元醇可以为6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等；所述环氧改性聚醚多元醇可以为6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等；所述粘接促进剂可以为2重量份、3重量份、4重量份或5重量份等。

10、优选地，所述羟基封端聚丁二烯的羟值为0.5～1.8meq/g，例如0.7meq/g、0.9meq/g、1.1meq/g、1.3meq/g、1.5meq/g或1.7meq/g等，例如具体可以选择赢创德固赛poly bdr-20lm、或poly bdr-45m、poly bdr-45htlo、polyvestht，天元航材htpb-ⅰ、htpb-ⅱ、htpb-ⅳ、hfhtpb-i型中的任意一种或至少两种的组合。

11、优选地，所述小分子二元醇为乙二醇、丁二醇、丙二醇、丙三醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或2-乙基-1,3-己二醇中任意一种或至少两种的组合。

12、优选地，所述液态聚酯多元醇具体可以选择priplast-3190、priplast-3186、priplast-3192、tpeega-1301或ultraolstm-p1000中的任意一种或至少两种的组合。

13、优选地，所述环氧改性聚醚具体可以选择hp2210、hp2240、hp2000l、hp2280、hm6210或hm6140中的任意一种或至少两种的组合。

14、优选地，所述粘接促进剂的制备原料包括氨苯基硅烷和硅烷改性剂。

15、优选地，所述氨苯基硅烷包括n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-苯基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-苯氨基甲基三甲氧基硅烷和n-苯氨基甲基三乙氧基或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中任意一种或至少两种的组合。

16、优选地，所述硅烷改性剂包括邻甲苯基缩水甘油醚、对甲苯基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、三苯甲基-(s)-缩水甘油醚和间苯二酚二缩水甘油醚或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中任意一种或至少两种的组合。

17、优选地，所述a组分还包括0.1～0.5重量份(例如0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份、0.35重量份、0.4重量份或0.45重量份等)的催化剂。

18、优选地，所述催化剂包括二氯化二丁基锡、二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡中任意一种或至少两种的组合。

19、优选地，所述a组分还包括2～10重量份(例如3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等)的硅烷偶联剂。

20、优选的，所述硅烷偶联剂包括γ-缩水甘油醚氧基丙基甲基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基甲基三甲氧基硅烷、苯胺丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中任意一种或至少两种的组合。

21、优选地，所述a组分还包括35～55重量份(例如37重量份、39重量份、41重量份、43重量份、45重量份、47重量份、49重量份、51重量份或53重量份等)的填料。

22、优选地，所述填料包括高岭土、黏土、纳米碳酸钙、轻质碳酸钙或滑石粉中的任意一种或至少两种的组合。

23、优选地，所述b组分按照重量份包括如下组分：

24、多异氰酸酯                    2～10重量份；

25、聚氨酯预聚体                  20～40重量份。

26、作为本发明的优选技术方案，限定b组分包括特定份数的上述多异氰酸酯和聚氨酯预聚体进行搭配，可以使得到的双组分聚氨酯结构胶固化后具有更高的强度和更高的弹性；其中，所述多异氰酸酯可以为3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等；所述聚氨酯预聚体可以为22重量份、24重量份、26重量份、28重量份、30重量份、32重量份、34重量份、36重量份或38重量份等。

27、优选地，所述多异氰酸酯具体可以选择烟台万华mdi100l、mdi-50、改性mdi8219或pm200中的任意一种或至少两种的组合。

28、优选地，所述聚氨酯预聚体中异氰酸酯基的质量百分含量为5～10％，例如5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.5％等。

29、优选地，所述聚氨酯预聚体通过二异氰酸酯和羟基化合物反应得到。

30、优选地，所述羟基化合物包括聚醚多元醇和羟基封端聚丁二烯。

31、优选的，所述b组分还包括不高于8重量份(例如7重量份、6重量份、5重量份、4重量份、3重量份、2重量份或1重量份等)的除水剂。

32、优选地，所述除水剂包括氧化钙、分子筛或对甲基苯磺酸异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

33、优选地，所述b组分还包括5～20重量份(例如7重量份、9重量份、11重量份、13重量份、15重量份、17重量份或19重量份等)的增塑剂。

34、优选地，所述增塑剂包括二丙二醇二苯甲酸酯、烷基磺酸苯酯或邻苯二甲酸二异壬酯中的任意一种或至少两种的组合。

35、优选地，所述b组分还包括1～5重量份(例如2重量份、3重量份或4重量份等)的气相白炭黑。

36、优选地，所述气相白炭黑为疏水气相白炭黑，例如具体可以选择瓦克h18、瓦克h20、赢创r974、赢创r202或卡博特ts720中的任意一种或至少两种的组合。

37、优选地，所述b组分还包括20～45重量份(例如22重量份、24重量份、26重量份、28重量份、30重量份、32重量份、34重量份、36重量份、38重量份、40重量份、42重量份或44重量份等)的填料。

38、优选地，所述填料包括高岭土、黏土、纳米碳酸钙、轻质碳酸钙或滑石粉中的任意一种或至少两种的组合。

39、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述双组分聚氨酯结构胶的制备方法，所述制备方法包括a组分的制备和b组分的制备；

40、所述a组分的制备包括：将羟基封端聚丁二烯、小分子二元醇、液态聚酯多元醇、环氧改性聚醚多元醇、粘接促进剂、任选地催化剂、任选地硅烷偶联剂和任选地填料进行混合，得到所述a组分；

41、所述b组分的制备包括：将多异氰酸酯、聚氨酯预聚体、任选地除水剂、任选地增塑剂、任选地气相白炭黑和任选地填料进行混合，得到b组分。

42、优选地，所述a组分的制备具体包括：将羟基封端聚丁二烯、小分子二元醇、液态聚酯多元醇和环氧改性聚醚多元醇进行混合，加入任选地填料，加热至100～120℃(例如102℃、104℃、106℃、108℃、110℃、112℃、114℃、116℃或118℃等)，混合2～3h(例如2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h或2.9h等)，冷却至常温，加入粘接促进剂、任选地硅烷偶联剂和任选地催化剂混合0.5～1.5h(例如0.6h、0.7h、0.9h、1.1h或1.3h等)，得到所述a组分。

43、优选地，所述b组分的制备具体包括：将多异氰酸酯、聚氨酯预聚体、任选除水剂和任选地增塑剂进行混合，加入任选地气相白炭黑和任选地填料混合0.5～1.5h(例如0.6h、0.7h、0.9h、1.1h或1.3h等)，得到所述b组分。

44、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述双组分聚氨酯结构胶的使用方法，所述使用方法包括：将a组分和b组分进行混合，涂覆在待粘结基材表面，经固化，完成所述双组分聚氨酯结构胶的使用。

45、优选地，所述待粘结基材包括塑料基材。

46、第四方面，本发明提供一种如第一方面所述的双组分聚氨酯结构胶在汽车零部件粘接中的应用。

47、优选地，所述汽车零部件的材质为纤维增强塑料。

48、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

49、本发明提供的双组分聚氨酯结构胶包括a组分和b组分，所述a组分包括羟基封端聚丁二烯、小分子二元醇、液态聚酯多元醇、环氧改性聚醚和粘接促进剂，所述b组分包括多异氰酸酯和聚氨酯预聚体；通过选择上述特定的a组分和b组分进行搭配，特别是在a组分中选择了羟基封端聚丁二烯和环氧改性聚醚进行搭配，并添加粘接促进剂，使得到的双组分聚氨酯结构胶固化后能兼具高强度和高弹性，适合用于汽车零部件(smc等基材)的粘接。