CN111303824A - 湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件 - Google Patents

湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件 Download PDF

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Abstract

本发明属于聚氨酯热熔胶技术领域，具体涉及一种湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件。本单组分湿固化聚氨酯热熔胶包括以下原料：热熔胶主体、偶联剂和助剂；以及各组分适于形成固含量为100%的聚氨酯热熔胶。在使用过程中无小分子释放，安全环保无污染，具有环境友好，使用寿命长，粘结强度高，安全可靠等优点，施胶后无颗粒及鼓泡现象，胶水固化后胶膜柔韧有弹性，耐高低温较好，可广泛应用于钢结构贴面材料的复合粘接。

Description

湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件
技术领域
本发明属于聚氨酯热熔胶技术领域，具体涉及一种湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件。
背景技术
钢结构建筑具有本身重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强等优点，被广泛用于建造场馆、机场、车站、高层建筑及厂房等建筑设施。但随着时间的推移，钢结构建筑容易出现渗漏现象，严重影响建筑的使用寿命。现有技术通常采用密封胶或SBS胶对钢结构材料进行处理，仍然不能解决钢结构建筑的渗漏问题。
发明内容
本发明提供了一种湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种湿固化聚氨酯热熔胶，包括以下原料：热熔胶主体、偶联剂和助剂；以及各组分适于形成固含量为100％的聚氨酯热熔胶。
第二方面，本发明提供了一种聚氨酯热熔胶的制备方法，包括：将纳米二氧化硅与环氧树脂进行混合分散；升温；加入聚醚多元醇、结晶型聚酯多元醇、增粘树脂、丙烯酸树脂、偶联剂、流平剂和抗氧剂，并真空脱水；降温；在氮气保护下加入异氰酸酯，进行反应；加入催化剂，继续反应；以及出料，氮气填充后密封，得到聚氨酯热熔胶。
第三方面，本发明提供了一种聚氨酯热熔胶在PVC与钢结构的贴面处作为粘结剂的应用。
第四方面，本发明提供了一种钢构件，包括：钢结构、位于钢结构表面的PVC层和位于二者之间的聚氨酯热熔胶层。
本发明的有益效果是，本发明的湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件不含溶剂、固含量100％，在使用过程中无小分子释放，安全环保无污染，具有环境友好，使用寿命长，粘结强度高，安全可靠等优点，施胶后无颗粒及鼓泡现象，胶水固化后胶膜柔韧有弹性，耐高低温较好，可广泛应用于钢结构贴面材料的复合粘接。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的湿固化聚氨酯热熔胶的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一部分：技术方案阐述
针对钢构件的渗漏现象，一般采用密封胶或SBS胶，很难解决钢结构建筑的渗漏问题。因此，本发明提供一种聚氨酯热熔胶，包括以下原料：热熔胶主体、偶联剂和助剂；以及各组分适于形成固含量为100％的聚氨酯热熔胶。具体的，采用PVC满粘法制备钢结构材料，即采用以异氰酸酯封端聚氨酯预聚体(即本案的热熔胶主体)为主要成分制备单组分胶黏剂(即本案的聚氨酯热熔胶)，由于聚氨酯热熔胶在常温下一般为固体状态，经过加热熔融变成液体状态后，可以涂布在钢结构上，再与被粘物(如PVC)复合成型，胶黏剂施胶冷却固化。可选的，所述偶联剂包括但不限于KH 550、A 187中至少一种，用于提高热熔胶对钢结构的附着力。
作为热熔胶主体的一种可选的实施方式。
所述热熔胶主体包括以下质量份数的原料：环氧树脂：30-60份；纳米二氧化硅：5-10份；聚醚多元醇：20-60份；结晶型聚酯多元醇：10-30份；增粘树脂：2-10份；丙烯酸树脂：10-40份；以及异氰酸酯：10-30份。
可选的，所述热熔胶主体包括以下质量份数的原料：环氧树脂：42份；纳米二氧化硅：6份；聚醚多元醇：46份；结晶型聚酯多元醇：22份；增粘树脂：7份；丙烯酸树脂：18份；以及异氰酸酯：12份。
对于热熔胶主体中的各原料可以但不限于采用如下具体物质进行配比：
可选的，所述环氧树脂包括但不限于EP-12、EP-13、EP-16、EP-20中至少一种；所述纳米二氧化硅包括但不限于R 972、R 974、R 202、TS 720中至少一种；所述聚醚多元醇包括但不限于PPG 400、PPG 1000、PPG 2000中至少一种，以及聚醚多元醇的数均分子量为400-2000，可选为1000、2000；所述结晶型聚酯多元醇包括但不限于Dynacoll 7360、Dynacoll7380、POL-S3500、XCP-3500H中至少一种，结晶型聚酯多元醇的数均分子量为2000-4000，可选为3000、3500；所述增粘树脂包括但不限于碳氢树脂、松香树脂、萜烯树脂、热塑性聚氨酯树脂中的至少一种；所述丙烯酸树脂的数均分子量为30000-90000，Tg为30℃-90℃，可选BR113、BR106、BR116、Elvacite 2013、Elvacite 2016、B60、B66、B735、B725、MB685、DegalanLP 64/12、AC1630中至少一种；所述异氰酸酯包括但不限于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的至少一种。
本实施方式的热熔胶主体通过各原料及其结合作用赋予热熔胶不同的性能，如环氧树脂可以有效提高PVC与钢材之间的粘接强度；如纳米二氧化硅可用于对环氧树脂改性，有效提高环氧树脂的耐温性和韧性；如聚醚多元醇降低热熔胶的粘度，改善热熔胶的流动性和附着性；如增粘树脂可提高热熔胶的粘结强度，提高丙烯酸树脂在体系中的相容性；如结晶型聚酯多元醇赋予热熔胶较好的终粘强度和定位性；如丙烯酸树脂可提高热熔胶的初粘强度；同时，丙烯酸树脂与结晶型聚酯多元醇的共同使用，还可以决定热熔胶的终粘强度；此外，控制丙烯酸树脂的添加量，可以防止其含量过多时导致热熔胶在熔融后出现颗粒，影响PVC与钢结构的贴面在粘接后的正常使用。
作为助剂的一种可选的实施方式。
所述助剂包括以下质量份数的原料：流平剂：0.1-1份；抗氧剂：0.1-1份；以及催化剂：0.01-0.1份。
可选的，所述助剂包括以下质量份数的原料：流平剂：0.7份；抗氧剂：0.3份；以及催化剂：0.06份。
对于助剂中的各原料可以但不限于采用如下具体物质进行配比：
可选的，所述流平剂包括但不限于丙烯酸类、有机硅类、氟类中的至少一种，用于提高热熔胶对钢结构表面的润湿性，提高胶膜涂覆后的平整度；所述抗氧剂包括但不限于抗氧剂1010、168中的至少一种，用于延缓或抑制热熔胶的氧化分解；所述催化剂选自胺类催化剂。
本实施方式的助剂通过流平剂、抗氧剂、催化剂进行选择调配，可以提高热熔胶对钢结构表面的润湿性，通过减缓或抑制热熔胶的氧化分解等方式，延长热熔胶的固化时间，从而使热熔胶在涂覆后具有足够的流动时间，提高胶膜的平整度。
由于传统单组分聚氨酯胶黏剂一般含有溶剂，在使用时造成环境污染。而本发明的湿固化聚氨酯热熔胶采用环氧树脂、纳米二氧化硅、聚醚多元醇、结晶型聚酯多元醇、增粘树脂、丙烯酸树脂、异氰酸酯等多种原料混合制成热熔胶主体，再配合偶联剂、其他助剂等制备聚氨酯热熔胶，其是以异氰酸酯封端聚氨酯预聚体为主要成分的一类胶黏剂，在常温下一般为固体状态，使用时加热熔融变成液体状态后在钢结构上涂布，再与被粘物复合成型，胶黏剂施胶冷却固化后，其封端的异氰酸酯基团能够继续与基材表面的活泼氢和空气中的水分进行反应扩链，固化交联，因此聚氨酯热熔胶不含溶剂，固含量100％，在使用过程中无小分子释放，安全环保无污染，是聚氨酯热熔胶的粘结强度与环保性的有效结合，尤其适于作为PVC与钢结构贴面的粘接材料，具有环保性、粘结强度高、耐热性好、几乎不污染环境、安全可靠等优点。
此外，本发明的湿固化聚氨酯热熔胶与现有技术相比，还具有以下优点：
(1)不含任何溶剂，固含量100％，在使用过程中无小分子释放，安全环保无污染。
(2)热熔胶的初粘强度和终粘强度均较高，固化时间短，固化后胶膜柔韧有弹性，耐高低温性能好。
(3)热熔胶的升温熔融后胶水呈均匀流动状态，施胶后无颗粒及鼓泡现象。
(4)热熔胶使用时固化工艺简单，固化速度快，有利于提高工作效率。
进一步，见图1，本发明提供了一种聚氨酯热熔胶的制备方法，包括：将纳米二氧化硅与环氧树脂进行混合分散；升温；加入聚醚多元醇、结晶型聚酯多元醇、增粘树脂、丙烯酸树脂、偶联剂、流平剂和抗氧剂，并真空脱水；降温；在氮气保护下加入异氰酸酯，进行反应；加入催化剂，继续反应；以及出料，氮气填充后密封，得到聚氨酯热熔胶。
具体的，先将环氧树脂置于高速分散机下，加入纳米二氧化硅后高速分散，制备组分A。后将反应釜升温到130℃，形成混合分散液；加入组分A、聚醚多元醇、结晶型聚酯多元醇、增粘树脂、丙烯酸树脂、偶联剂、流平剂和抗氧剂，真空脱水3小时后降温到90℃～110℃，在氮气保护下加入异氰酸酯，在110℃条件下反应1～2小时，至反应产物NCO％含量达到理论值(约1.5％左右)后，加入催化剂，继续反应10分钟～20分钟后停止反应，出料到铝箔袋，氮气填充后密封，得到聚氨酯热熔胶。
进一步，本发明提供了一种聚氨酯热熔胶在PVC与钢结构的贴面处作为粘结剂的应用。
进一步，本发明提供了一种钢构件，包括：钢结构、位于钢结构表面的PVC层和位于二者之间的聚氨酯热熔胶层。
可选的，所述聚氨酯热熔胶层适于通过如前所述的聚氨酯热熔胶固化形成。
第二部分：具体实施例
实施例1
先将EP-16(环氧树脂)40份置于高速分散机下，加入R 974(纳米二氧化硅)5份后高速分散，制备组分A。后将反应釜升温到130℃，加入组分A、PPG2000(聚醚多元醇)40份、Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)20份、Elvacite2013(丙烯酸树脂)25份、Vestoplast508(增粘树脂)5份、KH 550(偶联剂)1份、抗氧剂1010 0.1份和流平剂0.1份，真空脱水3小时后降温到90℃～110℃，在氮气保护下加入MDI(异氰酸酯)13份，在110℃条件下反应1～2小时，至反应产物NCO％含量达到理论值(约1.5％左右)后，加入DMDEE(胺类催化剂)0.1份，反应10分钟～20分钟后停止反应，出料到铝箔袋，氮气填充后密封，得到聚氨酯热熔胶。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，调整各原料的用量，即：
EP-16(环氧树脂)40份；
R 974(纳米二氧化硅)5份；
PPG 2000(聚醚多元醇)60份；
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)20份；
Elvacite 2013(丙烯酸树脂)25份；
Vestoplast 508(增粘树脂)5份；
KH 550(偶联剂)1份；
抗氧剂1010 0.1份；
流平剂0.1份；
MDI(异氰酸酯)13份；
DMDEE(胺类催化剂)0.1份。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，调整各原料的用量，即：
EP-16(环氧树脂)40份；
R 974(纳米二氧化硅)5份；
PPG 2000(聚醚多元醇)40份；
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)40份；
Elvacite 2013(丙烯酸树脂)25份；
Vestoplast 508(增粘树脂)5份；
KH 550(偶联剂)1份；
抗氧剂1010 0.1份；
流平剂0.1份；
MDI(异氰酸酯)13份；
DMDEE(胺类催化剂)0.1份。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，调整各原料的用量，即：
EP-16(环氧树脂)40份；
R 974(纳米二氧化硅)5份；
PPG 2000(聚醚多元醇)40份；
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)20份；
Elvacite 2013(丙烯酸树脂)40份；
Vestoplast 508(增粘树脂)5份；
KH 550(偶联剂)1份；
抗氧剂1010 0.1份；
流平剂0.1份；
MDI(异氰酸酯)13份；
DMDEE(胺类催化剂)0.1份。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，调整各原料的用量，即：
EP-16(环氧树脂)40份；
R 974(纳米二氧化硅)5份；
PPG 2000(聚醚多元醇)40份；
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)20份；
Elvacite 2013(丙烯酸树脂)25份；
KH 550(偶联剂)1份；
抗氧剂1010 0.1份；
流平剂0.1份；
MDI(异氰酸酯)13份；
DMDEE(胺类催化剂)0.1份。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，调整各原料的用量，即：
EP-16(环氧树脂)60份；
R 974(纳米二氧化硅)10份；
PPG 2000(聚醚多元醇)20份；
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)10份；
Elvacite 2013(丙烯酸树脂)40份；
KH 550(偶联剂)1份；
抗氧剂1010 1份；
流平剂0.1份；
MDI(异氰酸酯)10份；
DMDEE(胺类催化剂)0.1份。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，调整各原料的用量，即：
EP-16(环氧树脂)30份；
R 974(纳米二氧化硅)5份；
PPG 2000(聚醚多元醇)60份；
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)30份；
Elvacite 2013(丙烯酸树脂)10份；
KH 550(偶联剂)1份；
抗氧剂1010 0.8份；
流平剂0.6份；
MDI(异氰酸酯)30份；
DMDEE(胺类催化剂)0.04份。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：PPG 2000(聚醚多元醇)的用量为80份。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇)的用量为40份。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于：Elvacite 2013(丙烯酸树脂)的用量为50份。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于：Vestoplast 508(增粘树脂)的用量为0份，即未添加Vestoplast 508(增粘树脂)。
第三部分：性能对比
本申请包含了湿固化聚氨酯热熔胶的多种实施方式，现仅对实施例1、对比例1-4制备的湿固化聚氨酯热熔胶的性能进行对比，其中，各实施例中的原料组分如表1所示，粘接性能对比结果如表2所示。
表1热熔胶的原料组分及含量
原料 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
EP-16(环氧树脂) 40 40 40 40 40
R 974(纳米二氧化硅) 5 5 5 5 5
PPG 2000(聚醚多元醇) 40 80 40 40 40
Dynacoll 7360(结晶型聚酯多元醇) 20 20 40 20 20
Elvacite 2013(丙烯酸树脂) 25 25 25 50 25
Vestoplast 508(增粘树脂) 5 5 5 5 0
KH 550(偶联剂) 1 1 1 1 1
抗氧剂1010 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
流平剂 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
MDI(异氰酸酯) 13 13 13 13 13
DMDEE(胺类催化剂) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
表1中各组分含量均为质量份数。
表2 PVC与钢结构的贴面处粘接性能对比表
Figure BDA0002457116340000111
Figure BDA0002457116340000121
结合表1和表2的数据可知，实施例1制备的热熔胶粘结性能远远优于对比例1、对比例2、对比例3、对比例4制备的热熔胶，主要原因在于，对比例1中提高了聚醚多元醇的用量，导致粘结性能降低；对比例2中结晶型聚酯多元醇用量的提高，导致结晶速度加快，结晶度升高，其最终粘结强度下降；对比例3增加了丙烯酸树脂的用量，可以提高粘结强度，但增加丙烯酸树脂的用量，容易在后期操作中产生颗粒，影响使用；对比例4中未加增粘树脂，导致粘结强度降低。
综上所述，本湿固化聚氨酯热熔胶及其制备方法、应用和钢构件通过环氧树脂、纳米二氧化硅、聚醚多元醇、结晶型聚酯多元醇、增粘树脂、丙烯酸树脂为主体原材料，配以助剂、偶联剂、流平剂和抗氧剂，与异氰酸酯反应得到湿固化聚氨酯热熔胶。具有环境友好，使用寿命长，粘结强度高，安全可靠等优点，施胶后无颗粒及鼓泡现象，胶水固化后胶膜柔韧有弹性，耐高低温较好，可广泛应用于钢结构与PVC材料贴面的复合粘接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种聚氨酯热熔胶，其特征在于，包括以下原料：
热熔胶主体、偶联剂和助剂；以及
各组分适于形成固含量为100%的聚氨酯热熔胶。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯热熔胶，其特征在于，
所述热熔胶主体包括以下质量份数的原料：
环氧树脂：30-60份；
纳米二氧化硅：5-10份；
聚醚多元醇：20-60份；
结晶型聚酯多元醇：10-30份；
增粘树脂：2-10份；
丙烯酸树脂：10-40份；以及
异氰酸酯：10-30份。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯热熔胶，其特征在于，
所述聚醚多元醇的数均分子量为400-2000。
4.根据权利要求2所述的聚氨酯热熔胶，其特征在于，
所述结晶型聚酯多元醇的数均分子量为2000-4000。
5.根据权利要求2所述的聚氨酯热熔胶，其特征在于，
所述丙烯酸树脂的数均分子量为30000-90000，Tg为30℃-90℃。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯热熔胶，其特征在于，
所述助剂包括以下质量份数的原料：
流平剂：0.1-1份；
抗氧剂：0.1-1份；以及
催化剂：0.01-0.1份。
7.一种聚氨酯热熔胶的制备方法，其特征在于，包括：
将纳米二氧化硅与环氧树脂进行混合分散；
升温；
加入聚醚多元醇、结晶型聚酯多元醇、增粘树脂、丙烯酸树脂、偶联剂、流平剂和抗氧剂，并真空脱水；
降温；
在氮气保护下加入异氰酸酯，进行反应；
加入催化剂，继续反应；以及
出料，氮气填充后密封，得到聚氨酯热熔胶。
8.一种聚氨酯热熔胶在PVC与钢结构的贴面处作为粘结剂的应用。
9.一种钢构件，其特征在于，包括：
钢结构、位于钢结构表面的PVC层和位于二者之间的聚氨酯热熔胶层。
10.根据权利要求9所述的钢构件，其特征在于，
所述聚氨酯热熔胶层适于通过如权利要求1-6任一项所述的聚氨酯热熔胶固化形成。
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