CN113717680A - 低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚氨酯粘合剂技术领域，具体涉及一种低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂及其制备方法和应用。所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，包含以下质量百分含量的原料：聚醚多元醇35‑45％，异氰酸酯35‑40％，偶联剂3‑6％，增塑剂10‑15％，抗氧剂1‑1.5％，紫外线吸收剂2.5‑8％，复配催化剂0.5‑1％，所述聚醚多元醇为聚环氧乙烷多元醇和聚环氧丙烷多元醇的混合物，所述复配催化剂为有机锡类催化剂和胺类催化剂复配。所述低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂在制备橡胶地垫的过程中，节能降耗，不会对环境及人体产生危害，且具有优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯粘合剂技术领域，具体涉及一种低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着科学技术和社会经济的发展，聚氨酯材料已应用到社会各种领域，铺装用聚氨酯已成为聚氨酯材料的主要成员。橡胶地垫是铺装用的一种，主要用于人行横道、学校操场、体育馆、健身房、休闲室、别墅等地面的铺设，该产品克服了各种硬质地面和地砖的缺点，能让使用者在行走和活动时始终处于安全舒适的生理和心理状态，脚感舒适，身心放松。用该产品铺设的运动场地，不仅能更好地发挥竞技者的技能，还能将跳跃和器械运动等可能对人体造成的伤害降到最低限度。在老年和少儿活动场所铺设本产品，能对老人和儿童的安全起到良好的保护作用。橡胶地垫一般分为室内用和室外用两种，厚度一般在2-10cm。
目前，橡胶地垫采用聚氨酯粘合剂和橡胶颗粒混合后，大多经过高温压制而成，一般模温都在120-160℃，并且需要持续开启加热装置，耗能严重，且用于橡胶地垫的颗粒大都为橡胶颗粒或EPDM颗粒，经高温硫化后，会产生刺鼻的气味和烟尘，对环境和人体都会造成严重的影响和伤害，综合来说，不节能不环保。所以迫切需要开发一种低温快速熟化的粘合剂，可在低温60±5℃的温度下，快速硫化，制得成品，硫化温度低，能耗低，且不会产生刺鼻气味，不会对环境及人体产生危害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，在其制备橡胶地垫的过程中，节能降耗，不会对环境及人体产生危害，且具有优异的力学性能；本发明同时提供了简单易行的制备方法以及应用方法。
本发明所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，包含以下质量百分含量的原料：
所述聚醚多元醇为聚环氧乙烷多元醇和聚环氧丙烷多元醇的混合物。
聚环氧乙烷多元醇官能度为2，数均分子量为1000-3000。优选为VORANOL 1000LM聚醚多元醇(陶氏化学)。
聚环氧丙烷多元醇官能度为3，数均分子量为5000-6000。优选为VORAPEL WT5000聚醚多元醇(陶氏化学)。
优选地，聚环氧乙烷多元醇和聚环氧丙烷多元醇的混合质量比为1:1-3。进一步优选地，聚环氧乙烷多元醇和聚环氧丙烷多元醇的混合质量比为1:1。
其中，聚环氧乙烷多元醇官能度小，分子量小，与异氰酸酯反应过程中可形成大分子链，增加粘合剂强度；而聚环氧丙烷多元醇，官能度高，分子量大，可降低粘合剂粘度，并缩短开模时间；两者在适当比例下进行复配，可以使粘合剂具有强度高、粘度适中、固化快的优点，同时二者的比例是通过不断试验并结合实际应用情况选择的最优配比，若聚环氧乙烷多元醇比例增大，则会造成产品粘度过大，不易操作，若聚环氧乙烷多元醇的比例减小，则粘合剂强度差，不达标。
所述异氰酸酯可以选择任意一种二异氰酸酯。考虑到使产品的性能达到最佳，在一种实施方式中，异氰酸酯优选为二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述偶联剂为硅烷类偶联剂。在一种实施方式中，硅烷类偶联剂优选为Z-6020(Dow Corning)。
所述增塑剂为长链氯化石蜡和磷酸三乙酯的混合物，混合质量比为3-1:1。优选地，长链氯化石蜡和磷酸三乙酯的混合质量比为2:1。
其中，长链氯化石蜡能适当降低粘合剂硬度，增加粘合剂的伸长率，提高产品柔韧性；而磷酸三乙酯能适当降低粘合剂粘度，降低粘合剂硬度，但加入过多，会导致产品强度降低，需控制加入量。两者在适当比例下进行复配，可以增加粘合剂伸长率、降低硬度、降低粘度、提高产品柔韧性，同时二者的比例是通过不断试验并结合实际应用情况选择的最优配比。若长链氯化石蜡过多，会导致产品粘度增大，而长链氯化石蜡过少，则产品性能会降低。
所述抗氧剂为酚类抗氧剂。在一种实施方式中，抗氧剂优选为抗氧1010(美国Great Lakes化学公司)。
所述的紫外线吸收剂为苯并***类紫外线吸收剂。在一种实施方式中，紫外线吸收剂优选为UV-329(德国BASF公司)。
所述的复配催化剂为有机锡类催化剂和胺类催化剂按质量比6-10：1复配。优选地，有机锡类催化剂和胺类催化剂的复配质量比为8：1。
在一种实施方式中，有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡(美国Air Products公司)、胺类催化剂为N,N-二甲基环己胺(上海邦成化工有限公司)。
其中，有机锡类催化剂可以促进低温凝胶，但在研究过程中我们发现随着有机锡类催化剂用量的增加，产品的储存稳定性会不可避免地出现下降，导致有机锡催化剂的加入量受限；为此，我们采用少量胺类催化剂与有机锡催化剂进行复配，胺类催化剂搭配水蒸气再次加速低温下固化。同时二者的比例是通过不断试验并结合客户实际应用情况选择的最优配比，若有机锡类催化剂比例增大，则会影响产品的储存稳定性，若有机锡类催化剂的比例减小，则不能达到较好的低温凝胶效果。
本发明所述低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂的制备方法，步骤如下：
先将聚醚多元醇加入异氰酸酯中，升温至70-80℃反应1-3h，再加入硅烷偶联剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、增塑剂，保持温度70-80℃继续反应0.5-2h，取样检测NCO％，NCO合格后，加入复配催化剂混合均匀，即得聚氨酯高温粘合剂。
在一种实施方式中，所述低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂的制备方法，具体步骤如下：
将异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入聚醚多元醇，60min升温至75±5℃，保温2h，再投入硅烷偶联剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、增塑剂，保持温度75±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后，加入复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
所述聚氨酯高温粘合剂的NCO质量含量为14-16％。
所述低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂主要应用于橡胶地垫，用于粘合橡胶颗粒。
在一种应用方式中，将所述聚氨酯高温粘合剂与橡胶颗粒、水按照质量比为8：100：3进行制片，先将橡胶颗粒与水在塑料烧杯中混拌均匀后，按比例倒入聚氨酯高温粘合剂，搅拌均匀后倒入预热至60±5℃的模具中，用硫化机压制成10mm的样片，记录开模时间，样片备用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过选择合适的3官能度聚醚多元醇，然后搭配合适的异氰酸酯，显著提高了粘合剂活性，在保证开模时间的基础上，降低了硫化温度；
(2)本发明将有机锡类催化剂和胺类催化剂按一定比例进行复配，有机锡类催化剂促进低温凝胶，少量胺类催化剂配水蒸气再次加速低温下固化，最终达到了低温快速固化，节能降耗，减少了电力等能源的消耗，并降低了生产成本，提高利润，且降低了生产操作车间的气味；
(3)本发明的聚氨酯高温粘合剂在与橡胶颗粒混合、高温压制橡胶地垫时，可在低温60±5℃的温度下，快速硫化，制得成品，硫化温度低，能耗低，制备的制品物理性能优异，适合工业化生产和应用。
具体实施方式
实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。实施例中所用的复配催化剂为二月桂酸二丁基锡和N,N-二甲基环己胺按照质量比8：1混合均匀降温后备用。
实施例1
将400g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入175gVORAPEL WT5000和60g VORANOL 1000LM，40min升温至70±5℃，保温2h，再投入77g长链氯化石蜡和38g磷酸三乙酯、30g Z-6020、15g抗氧1010、15gUV-329，保持温70±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入3g复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
实施例2
将350g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入225gVORAPEL WT5000和20g VORANOL 1000LM，60min升温至75±5℃，保温2h，再投入66g长链氯化石蜡和34g磷酸三乙酯、60g Z-6020、10g抗氧1010、10gUV-329，保持温度75±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入5g复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
实施例3
将380g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入190gVORAPEL WT5000和60g VORANOL 1000LM，50min升温至75±5℃，保温1.8h，再投入66g长链氯化石蜡和34g磷酸三乙酯、40g Z-6020、10gUV-329、10g抗氧1010，保持温度70±5℃，反应1.5h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入4g复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
实施例4
将380g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入190gVORAPEL WT5000、66g长链氯化石蜡和34g磷酸三乙酯、40g Z-6020、10gUV-329、10g抗氧1010和60g VORANOL 1000LM，60min升温至75±5℃，保温2.5h，取样检测NCO％，NCO合格后再加入5g复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
对比例1
市售高温地垫粘合剂。
对比例2
市售橡胶浆料粘合剂。
对比例3
将400g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入230gVORAPEL WT5000，40min升温至70±5℃，保温2h，再投入77g长链氯化石蜡和38g磷酸三乙酯、30g Z-6020、15g抗氧1010、15gUV-329，保持温70±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入3g复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
对比例4
将400g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入160gVORANOL 1000LM，40min升温至70±5℃，保温2h，再投入77g长链氯化石蜡和38g磷酸三乙酯、30g Z-6020、15g抗氧1010、15gUV-329，保持温70±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入3g复配催化剂，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
对比例5
将400g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入175gVORAPEL WT5000和60g VORANOL 1000LM，40min升温至70±5℃，保温2h，再投入77g长链氯化石蜡和38g磷酸三乙酯、30g Z-6020、15g抗氧1010、15gUV-329，保持温70±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入3g二月桂酸二丁基锡，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
对比例6
将400g二苯基甲烷二异氰酸酯投入反应釜，开动搅拌，在45±5℃的条件下加入175gVORAPEL WT5000和60g VORANOL 1000LM，40min升温至70±5℃，保温2h，再投入77g长链氯化石蜡和38g磷酸三乙酯、30g Z-6020、15g抗氧1010、15gUV-329，保持温70±5℃，反应1h后，取样检测NCO％，NCO合格后再加入3gN,N-二甲基环己胺，搅拌30min后，即得聚氨酯高温粘合剂，装桶制得产品。
将实施例1-4和对比例1-6的粘合剂与橡胶颗粒、水按照质量比为8：100：3进行制片，先将橡胶颗粒与水在塑料烧杯中混拌均匀后，按比例倒入高温粘合剂，搅拌均匀后倒入预热至固定温度的模具中，用硫化机压制成10mm的样片，记录开模时间，并对样品的物理性能进行测试。
其中，断裂伸长率、拉伸强度、撕裂强度使用万能拉力机进行测试；开模时间使用硫化机进行测试。测试结果如表1所示。
表1测试结果
由表1可以看出，相比于市面上的高温粘合剂，本发明的产品物理性能优势明显，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，搭配VORAPEL WT5000和VORANOL 1000LM，合理复配催化剂，既能得到高物理性能的产品，也能实现低温快速硫化，生产环境气味也得到降低。同时通过聚醚多元醇的搭配的协同作用得到高活性产品，降低硫化温度。同时制品又表现出良好的冲击吸收和垂直变形性能，提供更好的弹性和舒适度。
Claims (10)
1.一种低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：包含以下质量百分含量的原料：
所述聚醚多元醇为聚环氧乙烷多元醇和聚环氧丙烷多元醇的混合物；
所述的复配催化剂为有机锡类催化剂和胺类催化剂按质量比6-10:1复配。
2.根据权利要求1所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：聚环氧乙烷多元醇和聚环氧丙烷多元醇的混合质量比为1:1-3。
3.根据权利要求2所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：聚环氧乙烷多元醇官能度为2，数均分子量为1000-3000。
4.根据权利要求2所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：聚环氧丙烷多元醇官能度为3，数均分子量为5000-6000。
5.根据权利要求1所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡，胺类催化剂为N,N-二甲基环己胺。
6.根据权利要求1所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：增塑剂为长链氯化石蜡和磷酸三乙酯的混合物，混合质量比为3-1:1。
7.根据权利要求1所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂，其特征在于：异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；偶联剂为硅烷类偶联剂；抗氧剂为酚类抗氧剂；紫外线吸收剂为苯并***类紫外线吸收剂。
8.一种权利要求1-7任一项所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂的制备方法，其特征在于：步骤如下：
先将聚醚多元醇加入异氰酸酯中，升温至70-80℃反应1-3h，再加入硅烷偶联剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、增塑剂，保持温度70-80℃继续反应0.5-2h，取样检测NCO％，NCO合格后，加入复配催化剂混合均匀，即得聚氨酯高温粘合剂。
9.根据权利要求8所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂的制备方法，其特征在于：聚氨酯高温粘合剂的NCO质量含量为14-16％。
10.一种权利要求1-7任一项所述的低温快速硫化聚氨酯高温粘合剂的应用，其特征在于：应用于橡胶地垫，用于粘合橡胶颗粒。
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