新型復合板材用聚氨酯膠粘劑的研究

    概述

    新型復合板材是近幾年發展起來的新型建筑材料，用于高檔建筑的內外墻裝飾，美觀豪華、格調高雅，成為流行的上等建筑裝飾板材。而鋁-塑復合板材用膠粘劑，要求特殊的性能指標，高的粘合強度，耐候性好，無論在干燥嚴寒的北方，還是在炎熱潮濕的南方，復合板材均不會開裂變脆。而且能適應大規模工業涂布，可在常溫條件下固化，將性能截然不同的金屬箔和塑料板緊緊粘合在一起。這些要求，是其它類型膠粘劑所不能達到的。而聚氨酯膠粘劑，具有較好的彈性和粘接力，在零下30℃也不會變脆，且原料易得，價格合宜，適合做為鋁-塑復合板用膠粘劑

    1實驗部分

    1.1主要原料

    ＰＰＧ1000工業品;ＰＥＧ400工業品;ＴＤＩ工業品;溶劑工業品;固化劑含有胺基的芳香化合物自制。


    1.2合成方法

    (1)Ａ組分的制備在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計的四口瓶中，加入計量好的ＴＤＩ，在不斷攪拌下，加入經過脫水的聚醚多元醇，升溫70～90℃，保持4～5ｈ，反應完成后降溫用溶劑調節固含量。過濾出料，即為Ａ組分。


    (2)Ｂ組分制備在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計的四口瓶中，加入經預先干燥、提純的溶劑，在不斷攪拌下，加入自制的固化劑，升溫40～50℃，待固化劑全部溶解后，冷卻至室溫。過濾包裝，即為Ｂ組分。


    (3)兩組分單獨包裝，在使用前將按一定質量比混合在一起，經充分攪勻，方可使用，現用現配，不可將配好的料液存放，以防止固化交聯。


    1.3使用性能

    項目指標配比(質量)1∶038-05;涂布方式滾涂(刷涂);涂布量/ｋｇ•ｍ-204～05;涂布溫度/℃常溫;熟化溫度/℃;熟化時間/ｈ24;熟化壓力0007～0008ＭＰａ;剝離強度Ｎ/25ｃｍ>80

    2結果與討論

    2.1原料配比

    Ａ組分是由聚醚多元醇(-ＯＨ)和含有異氰酸基團(-ＮＣＯ)的ＴＤＩ反應而成，其中聚醚多元醇是ＰＰＧ和ＰＥＧ的混合物，因為兩組分的相對分子質量不同，加入部分ＰＥＧ以便調整ＰＰＧ分子的規整性，增加交聯密度，形成不規則的網狀結構，增加粘合力，其用量為ＰＰＧ/ＰＥＧ以1∶01～025(質量比)，量大則膠膜發脆、粘結強度下降、且成本高。


    聚醚多元醇(-ＯＨ)和異氰酸酯(-ＮＣＯ)兩官能團之比，直接影響產品性能和粘合強度，若(-ＯＨ)>(-ＮＣＯ)，則反應過程消耗了全部(-ＮＣＯ)基團，過量(-ＯＨ)基團不具有反應活性，不能同Ｂ組分形成三維網狀結構，也就不能產生較強的粘合力。若使聚醚兩端含有(-ＮＣＯ)活性基團，則兩官能團之比(-ＯＨ)/(-ＮＣＯ)至少為1∶2，若以此為例，反應產物的相對分子質量高，粘度大(如圖1)，在復合板材上涂布不均勻，影響粘結強度，Ｔ-剝離強度小于(80Ｎ/25ｍｍ)，若2<(-ＯＨ)/(-ＮＣＯ)<25，產品相對分子質量低，粘度小，能達到較強的粘結力，其Ｔ-剝離強度大于(80Ｎ/25ｍｍ)。但(-ＮＣＯ)不能過量太多，因產品中含過量的游離(-ＮＣＯ)，會造成環境污染，增加成本，且不能顯著地提高粘合性能。綜合考慮，使Ａ組分具有足夠的反應活性，產生較好的粘結力，本實驗認為(-ＯＨ)/(-ＮＣＯ)為1∶202～205范圍較為合宜。

    2.2反應溫度

    在反應過程中，因為(-ＮＣＯ)的活性高，一旦被活化與活潑氫的反應很激烈，急劇放出大量熱，很難控制。在這種情況下，如果不能及時將反應熱移出去，產品就會出現支化交聯，嚴重情況出現凝膠，不能使用。若溫度太低，官能團未被活化，反應過程很慢，且反應不完全，使產品中含過量的游離(-ＮＣＯ)基團，污染環境，所以控制反應溫度是合成的重要條件，認為控制反應溫度70～80℃較為合理。


    2.3水含量

    1)在聚氨酯合成中，很忌諱原料中含有水分，因為異氰酸酯與水很容易反應，如下式:

新型復合板材用聚氨酯膠粘劑的研究

    當反應生成不穩定的氨基甲酸酯，使產品粘度增加，且很快放出胺基化合物與ＣＯ2，再進一步與異氰酸酯反應生成縮二脲，促使凝膠化。即使不發生膠凝，消耗大量的(-ＮＣＯ)，使配料比發生變化，也會導致產品不能使用。


    2)若在Ｂ組分中含有水分，當兩組分混合后，像上述異氰酸酯和水發生反應，在固化過程中產生大量ＣＯ2氣體，應用在鋁-塑復合板材中，因為兩面都是致密的金屬箔材，沒有空隙釋放出ＣＯ2氣體，因此在板材局部地方產生大小不均勻的氣泡，將箔材鼓成高低不平的氣包，影響板材的平整、美觀，甚至成為廢品，為此，嚴格控制原料、產品及工藝過程中水含量在01%以下，最好是小于005%。


    3)兩組分的配比Ａ、Ｂ兩組分的配比對粘接強度的影響，如表1:

新型復合板材用聚氨酯膠粘劑的研究

    以Ａ組分為基礎，Ｂ組分量少，則交聯點少，形成疏松網狀結構，粘合強度低;若Ｂ組分量大，交聯點或者說反應點多，形成密集的網狀結構，粘合力強，但缺乏彈性，在外力作用下，容易變脆而開裂。另外，Ｂ組分含量高，溶劑量大，揮發較慢，影響干燥速度;若Ｂ組分量小，混合后粘度大，對被粘材料潤濕較慢，使局部粘接面缺膠，影響粘接強度。


    3結論

    本文對膠粘劑的制備進行了研究，確定了反應條件及工藝過程，按照上述指標，進行了工業放大實驗，其產品已用于鋁-塑復合板材生產線，經廠家測試，認為符合現場工藝操作條件，且性能好，粘接強度高，可替代進口同類產品使用。其次，對于陶瓷、木材、織物、多孔材料及表面光潔的金屬材料等，具有良好的粘接性能。

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