CN111117551A - 一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，包括A组分和B组分，其中所述A组分包含下列重量份数的原料：端羟基聚丁二烯10‑50份，扩链剂5‑30份，增塑剂10‑40份，填料20‑50份，催化剂0.001‑5份；所述B组分包含下列重量份数的原料：异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物10‑50份，异氰酸酯0‑30份，增塑剂5‑30份，填料30‑60份，硅烷偶联剂0.01‑5份。该无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂具有可操作性时间长、粘接强度高、柔韧性好、老化性能优良等特点，尤其适用于经表面处理后的低表面能塑料、复合材料基材的结构粘接。

Description

一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂
技术领域
本发明涉及聚氨酯胶粘剂技术领域，具体涉及一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂及其应用。
背景技术
随着社会的不断进步，人们的生活水平不断提升，对汽车的需求也不断加强，汽车的保有量越来越大。汽车数量的不断增多，造成了巨大的能源消耗和严重的环境污染。为了实现节能和减排，各国政府逐步推行政策，强制汽车制造商降低汽车油耗，同时加速推进新能源汽车的推广。
汽车轻量化，指的是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少能源消耗，降低排气污染。汽车轻量化对于节能减排具有重要的意义。以塑代钢，是实现汽车轻量化的重要途径。塑料和复合材料因其相对较轻的质量和优良的力学性能应用到汽车车身中，可有效减轻汽车的重量。塑料和复合材料在汽车制造领域中的逐步广泛应用，使得汽车车身所用材料呈现出多样化的趋势。
传统连接技术，如焊接和铆接，应用于异种材料、非金属材料之间的连接存在明显的缺点。其中一个很重要的原因是不同材料的热膨胀系数不同。具有优良力学和减重性能的粘接技术是实现异种材料、非金属材料之间连接的有效途径之一。
然而目前市场上的胶粘剂对于塑料、复合材料的结构粘接，尤其是低表面能的塑料、复合材料的结构粘接，仍然存在粘接强度不够高、耐老化性能差的问题。
发明内容
针对现有产品和技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂。该无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，具有优良的粘接性能和耐老化性能，尤其适用于经表面处理后的低表面能塑料、复合材料基材的结构粘接。
本发明的技术方案如下：
一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，应用于汽车制造领域塑料、复合材料的结构粘接，其特征在于：
该聚氨酯胶粘剂由A组分和B组分组成，其中所述A组分包含下列重量份数的原料：端羟基聚丁二烯10-50份，扩链剂5-30份，增塑剂10-40份，填料20-50份，催化剂0.001-5份；所述B组分包含下列重量份数的原料：异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物10-50份，异氰酸酯0-30份，增塑剂5-30份，填料30-60份，硅烷偶联剂0.01-5份；
所述B组分中异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物是由端羟基聚丁二烯与异氰酸酯在增塑剂中反应得到；
所述A、B组份中的端羟基聚丁二烯为独立地选自分子量Mn为1000-10000和羟基含量为0.2-2.0mmol/g的一种或多种。
进一步的，所述A组分中的扩链剂为分子量低于300的两官能度和/或两官能度以上的小分子多元醇中的一种或多种，具体为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、2-乙基-1,3-已二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的一种或多种。
进一步的，所述A、B组分中的增塑剂为独立地选自邻苯二甲酸二酯、己二酸二酯、癸二酸二酯、磷酸酯中一种或多种，具体为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯、己二酸二甲酯、己二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三辛酯中的一种或多种。
进一步的，所述A、B组分中的填料为独立地选自碳酸钙、气相二氧化硅、硅微粉、硅藻土、钛白粉、硫酸钡、炭黑、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化铝、滑石粉、分子筛、高岭土、有机改性膨润土、空心玻璃微球中的一种或多种。
进一步的，所述A组分中的催化剂为有机金属化合物、叔胺类催化剂中的一种或多种，具体为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二乙酸二丁基锡、异辛酸钾、乙酸钾、油酸钾、异辛酸铅、异辛酸锌、异辛酸铋、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、三亚乙基二胺、环己基甲基叔胺、五甲基二亚烷基三胺、四乙烯五胺、N-甲基吗啉、N-甲基咪唑、1,4-二甲基哌嗪中的一种或多种。
进一步的，其中制备所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的异氰酸酯和制备所述B组份的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、对甲苯磺酰异氰酸酯中的一种或多种。
进一步的，所述B组分中的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的制备方法如下：将端羟基聚丁二烯和增塑剂搅拌均匀后进行脱水处理，使得水含量低于500ppm，再加入异氰酸酯混合均匀，控制温度在70～90℃之间至反应完全。
进一步的，所述B组分中的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的异氰酸酯基(NCO-)的含量为所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物总重量的3％-30％。
进一步的，所述B组分中的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的粘度在80℃时为200-5000mPa·s。
进一步的，所述B组分中的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、苯胺丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
本发明提供的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，具有良好的粘接性能和耐老化性能。对于塑料和复合材料，尤其是经过表面处理的低表面能塑料和复合材料，例如聚酯、PP、PE、改性PP、改性PE、ABS、ASA、纤维增强的PP、SMC、ABS/PC复合材料、ASA/PMMA复合材料等，具有良好的粘接性能和耐老化性能。
实验结果表明：该双组份聚氨酯胶粘剂的表干时间是0.5～30min，完全固化后的本体拉伸强度为1～10Mpa，断裂伸长率为50～500％，拉伸剪切强度为1～10Mpa，破坏形式为内聚破坏；完全固化后的耐老化性能为：(1)耐高温性能，80～120℃放置1～7天后，取出冷却至室温，测试拉伸剪切强度为1～10Mpa，破坏形式为内聚破坏；(2)耐低温性能，-50～-20℃放置1～7天后，取出恢复至室温，测试拉伸剪切强度为1～10Mpa，破坏形式为内聚破坏；(3)50～80℃耐水解性能，热水中浸泡7～30天，取出冷却至室温，测试拉伸剪切强度为1～10Mpa，破坏形式为内聚破坏。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1～3
A组分所用原料和用量：
Figure BDA0002318630280000031
Figure BDA0002318630280000041
B组分所用原料和用量：
Figure BDA0002318630280000042
实施例4～6
A组分所用原料和用量：
Figure BDA0002318630280000043
Figure BDA0002318630280000051
B组分所用原料和用量：
Figure BDA0002318630280000052
将按照上述配方制备得到的A组分和B组分，按照体积比1：1的比例混合均匀后，进行性能测试，其中粘接性能测试为第一基材PP与第二基材PP+LGF(玻璃纤维增强的PP)粘接，具体测试结果如下：
Figure BDA0002318630280000053
Figure BDA0002318630280000061
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，应用于汽车制造领域塑料、复合材料的结构粘接，其特征在于：
该聚氨酯胶粘剂由A组分和B组分组成，其中所述A组分包含下列重量份数的原料：端羟基聚丁二烯10-50份，扩链剂5-30份，增塑剂10-40份，填料20-50份，催化剂0.001-5份；所述B组分包含下列重量份数的原料：异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物10-50份，异氰酸酯0-30份，增塑剂5-30份，填料30-60份，硅烷偶联剂0.01-5份；
所述B组分中异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物是由端羟基聚丁二烯与异氰酸酯在增塑剂中反应得到；
所述A、B组份中的端羟基聚丁二烯为独立地选自分子量Mn为1000-10000和羟基含量为0.2-2.0mmol/g的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A组分中的扩链剂为分子量低于300的两官能度和/或两官能度以上的小分子多元醇中的一种或多种，具体为乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、2-乙基-1,3-已二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A、B组份中增塑剂为独立地选自邻苯二甲酸二酯、己二酸二酯、癸二酸二酯、磷酸酯中一种或多种，具体为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯、己二酸二甲酯、己二酸二辛酯、癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三辛酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A、B组分中填料为独立地选自碳酸钙、气相二氧化硅、硅微粉、硅藻土、钛白粉、硫酸钡、炭黑、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化铝、滑石粉、分子筛、高岭土、有机改性膨润土、空心玻璃微球中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述A组分中的催化剂为有机金属化合物、叔胺类催化剂中的一种或多种，具体为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二乙酸二丁基锡、异辛酸钾、乙酸钾、油酸钾、异辛酸铅、异辛酸锌、异辛酸铋、钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、三亚乙基二胺、环己基甲基叔胺、五甲基二亚烷基三胺、四乙烯五胺、N-甲基吗啉、N-甲基咪唑、1,4-二甲基哌嗪中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：制备所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的异氰酸酯和制备所述B组份的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、对甲苯磺酰异氰酸酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的制备方法如下，将端羟基聚丁二烯和增塑剂搅拌均匀后进行脱水处理，使得水含量低于500ppm，再加入异氰酸酯混合均匀，控制温度在70～90℃之间至反应完全。
8.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的异氰酸酯基(NCO-)的含量为所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物总重量的3％-30％。
9.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物的粘度在80℃时为200-5000mPa·s。
10.根据权利要求1所述的无溶剂双组份聚氨酯胶粘剂，其特征在于：所述B组分中的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、苯胺丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
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