CN114716958A - 一种摩擦材料用pur热熔粘合剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及C09J热熔胶技术领域，更具体地，本发明提供了一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂及其制备方法和应用。本发明制备得到的PUR热熔粘合剂，以含酯基或碳酸酯基的聚合物，多羟基聚合物，丙烯酸共聚物A，丙烯酸共聚物B，扩链剂，异氰酸酯，硅烷偶联剂，含羟基直链型共聚聚合物等为原料，与现有技术相比，得到的PUR热熔粘合剂具有优异的韧性、粘结力、剪切强度和耐高温性能，可以显著延长海绵砂纸的使用寿命，在海绵砂纸的制备领域具有广泛的应用前景。

Description

一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及C09J热熔胶技术领域，更具体地，本发明提供了一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂及其制备方法和应用。
背景技术
在家具打磨、高分子材料的抛光、金属表面处理等领域，其研磨工艺直接决定了产品的综合性能。而海绵砂纸作为一种重要的研磨工具，其由纸质基材、胶黏剂和磨料组分，胶黏剂作为纸质基材和磨料间的粘合剂，胶黏剂的耐热性、粘结力、脆性直接影响着海绵砂纸的使用寿命。目前现有技术中的环氧树脂、酚醛树脂等粘合剂存在固化后脆性大、剥离强度低、耐热性差的问题，而聚氨酯热熔胶的综合性能也不能满足海绵砂纸对粘合剂的性能要求。
专利公开号为CN109679562A的中国发明专利公开了一种新型湿气固化阻燃聚氨酯热熔胶及其制备方法，在本公开专利中采用丙烯酸共聚物等助剂，着重提升了聚氨酯热熔胶的阻燃性、耐化学性、流平性，但其方案制备得到聚氨酯热熔胶的断裂伸长率仅为750％，限制了产品的应用领域和范围。
因此，开发一种具有同时优异粘结力、耐热性、剪切强度、硬度的海绵砂纸用聚氨酯胶粘剂是胶粘剂领域亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂，按重量百分比计，制备原料包括以下组分：含酯基或碳酸酯基的聚合物15-30％，多羟基聚合物15-30％，丙烯酸共聚物A10-40％，丙烯酸共聚物B15-25％，扩链剂1-2.5％，异氰酸酯10-35％，硅烷偶联剂1-2％，含羟基直链型共聚聚合物2-10％，催化剂0.01-0.1％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含酯基或碳酸酯基的聚合物的分子量为7000-9000g/mol。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述含酯基或碳酸酯基的聚合物的分子量为8500g/mol。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含酯基或碳酸酯基的聚合物的羟值为10-40mg KOH/g。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述含酯基或碳酸酯基的聚合物的羟值为10-16mg KOH/g。
作为本发明一种优选的技术方案，所述多羟基聚合物的官能度为2-4。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述多羟基聚合物的官能度为2。
作为本发明一种优选的技术方案，所述多羟基聚合物的羟值为100-150mg KOH/g。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述多羟基聚合物的羟值为112mg KOH/g。
本申请人意外发现，当同时使用含酯基或碳酸酯基的聚合物和多羟基聚合物，尤其当含酯基或碳酸酯基的聚合物的含酯基或碳酸酯基的聚合物的分子量为8500g/mol，羟值为10-16mg KOH/g，多羟基聚合物的官能度为2，羟值为112mg KOH/g时，与本体系中的二苯甲烷二异氰酸酯相互作用，向PUR热熔粘合剂的分子链中引入极性嵌段和非极性嵌段，改善了PUR热熔粘合剂的交联密度和脆性，在保证PUR热熔粘合剂的硬度和韧性达到平衡的同时，还提升了PUR热熔粘合剂的耐高温性能，将其用于海绵砂纸中，可以有效避免海绵砂纸在打磨过程中因摩擦生热导致PUR热熔粘合剂粘结力降低的现象。
作为本发明一种优选的技术方案，所述丙烯酸共聚物A在25℃，40％质量浓度的甲苯溶液粘度为200-600mPa.s。
作为本发明一种优选的技术方案，所述丙烯酸共聚物A在25℃，40％质量浓度的甲苯溶液粘度为300-370mPa.s。
作为本发明一种优选的技术方案，所述丙烯酸共聚物B的相对分子量为30000-80000。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述丙烯酸共聚物B的相对分子量为54000。
作为本发明一种优选的技术方案，所述丙烯酸共聚物B的玻璃化温度为40-60℃。
作为本发明一种优选的技术方案，所述丙烯酸共聚物B的玻璃化温度为54℃。
作为本发明一种优选的技术方案，所述扩链剂包括1,4-丁二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇、新戊二醇中、山梨醇、乙二胺对苯二酚二羟乙基醚的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述扩链剂为1,4-丁二醇。
作为本发明一种优选的技术方案，所述异氰酸酯的官能度为1-3。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述异氰酸酯的官能度为2。
作为本发明一种优选的技术方案，所述异氰酸酯包括苯二亚甲基二异氰酸酯、间1,4-甲基苯亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含羟基直链型共聚聚合物的羟值为2-20mgKOH/g。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述含羟基直链型共聚聚合物的羟值为4-10mg KOH/g。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含羟基直链型共聚聚合物的在160℃的熔融粘度为70000-90000mPa.s。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述含羟基直链型共聚聚合物的在160℃的熔融粘度为80000mPa.s。
本申请人发现，当向体系中加入在160℃的熔融粘度为70000-90000mPa.s的含羟基直链型共聚聚合物时，一方面其可以与本体系中的其它组分相互作用，改善PUR热熔粘合剂的流动性，提升PUR热熔粘合剂与海绵砂纸中纸质基材和磨料的附着力，有效解决海绵砂纸在实际使用过程中易破损的问题；另一方面本申请人还意外发现，当含羟基直链型共聚聚合物的羟值为2-20mg KOH/g时，可以改善PUR热熔粘合剂分子结构的规整性，在有效提升PUR热熔粘合剂的拉伸性能和粘结强度。
作为本发明一种优选的技术方案，所述催化剂包括BDMAEE、DMAEE、DMDEE、T12中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述硅烷偶联剂包括3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷(T-03)、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(T-13)、3-异氰酸酯基丙基甲基二甲氧基硅烷(T-02)中的至少一种。
作为本发明一种优选的技术方案，所述PUR热熔粘合剂的制备原料中还包括抗氧剂，抗氧剂与含酯基或碳酸酯基的聚合物的重量比为(0.1-2)：(15:30)。
本发明的第二方面提供了一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含酯基或碳酸酯基的聚合物，多羟基聚合物，丙烯酸共聚物A，丙烯酸共聚物B，含羟基直链型共聚聚合物，抗氧剂加入反应釜中在140-160℃下搅拌1-3h后，进行抽真空脱水。
(2)在80-100℃下加入扩链剂、70-95℃下加入异氰酸酯后，反应30-120min，升高温度抽真空20-40min后，加入催化剂搅拌5-15min，加入偶联剂，反应5-15min后，即得所述PUR热熔粘合剂。
其中，步骤(1)所述抽真空的温度为110-130℃，真空度为0.1MPa；
步骤(2)所述升高温度为100-120℃，加入异氰酸酯时要高速搅拌。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备得到的PUR热熔粘合剂，当使用分子量为8500g/mol，羟值为10-16mgKOH/g的含酯基或碳酸酯基的聚合物和官能度为2，羟值为112mg KOH/g的多羟基聚合物时，制备得到的PUR热熔粘合剂同时具有优异的硬度、韧性、剪切强度和耐高温性能，在制备海绵砂纸时具有广泛的应用前景。
2、本发明制备得到的PUR热熔粘合剂，当向体系中同时加入在25℃，40％质量浓度的甲苯溶液粘度为300-370mPa.s的丙烯酸共聚物A和相对分子量为54000、玻璃化温度为54℃的丙烯酸共聚物B时，可以改善PUR热熔粘合剂在海绵砂纸表面的浸润性，提升了PUR热熔粘合剂的在海绵砂纸表面的附着力。
3、本发明制备得到的PUR热熔粘合剂，当向体系中加入1,4-丁二醇作为扩链剂时，可以改善PUR热熔粘合剂的分子链长度、结晶性能，在提升PUR热熔粘合剂的拉伸强度和硬度的同时，增强了PUR热熔粘合剂的的耐老化性和耐高温性。
4、本发明制备得到的PUR热熔粘合剂，当向体系中加入羟值为4-10mg KOH/g，在160℃的熔融粘度为80000mPa.s的含羟基直链型共聚聚合物时，在提升PUR热熔粘合剂与海绵砂纸中纸质基材和磨料的附着力的同时，还与本体系中其它组分通过相互协同作用提升了PUR热熔粘合剂的拉伸性能和粘结强度。
5、本发明制备得到的PUR热熔粘合剂，以分子量为8500g/mol，羟值为10-16mgKOH/g的含酯基或碳酸酯基的聚合物和官能度为2，羟值为112mg KOH/g的多羟基聚合物和二苯甲烷二异氰酸酯为主要反应原料，在1,4-丁二醇、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、DMDEE等助剂存在的条件下，制备得到的PUR热熔粘合剂具有优异的韧性、粘结力、剪切强度和耐高温性能，可以显著提升海绵砂纸的使用寿命。
具体实施方式
实施例
实施例1
实施例1提供了一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂，按重量百分比计，制备原料包括以下组分：含酯基或碳酸酯基的聚合物20％，多羟基聚合物20％，丙烯酸共聚物A 25.45％，丙烯酸共聚物B15％，扩链剂1.5％，异氰酸酯10％，硅烷偶联剂1.5％，含羟基直链型共聚聚合物5％，催化剂0.05％，抗氧剂1.5％。
所述含酯基或碳酸酯基的聚合物购自广州市贤人汇国际贸易有限公司，型号为Dynacoll7361，分子量为8500g/mol，羟值为10-16mg KOH/g；
所述多羟基聚合物购自上海凯茵化工有限公司，型号为陶氏1000LM，官能度为2，羟值为112mg KOH/g；
所述丙烯酸共聚物A购自上海凯茵化工有限公司，型号为日本三菱BR-106，在25℃，40％质量浓度的甲苯溶液粘度为300-370mPa.s；
所述丙烯酸共聚物B购自广州优丽可化工有限公司，型号为博尔化工BM-16，相对分子量为54000，玻璃化温度为54℃；
所述扩链剂为1,4-丁二醇，1,4-丁二醇的CAS号为110-63-4；
所述异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯，二苯甲烷二异氰酸酯的CAS号为26447-40-5；
所述含羟基直链型共聚聚合物购自上海殊誉化工有限公司，型号为S3049，羟值为4-10mg KOH/g，在160℃的熔融粘度为80000mPa.s；
所述催化剂为DMDEE，DMDEE的CAS号为6425-39-4；
所述硅烷偶联剂为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷的CAS号为24801-88-5；
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168，抗氧剂1010、抗氧剂168的重量比为1:0.2；所述抗氧剂1010的CAS号为6683-19-8，抗氧剂168的CAS号为31570-04-4；
所述PUR热熔粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含酯基或碳酸酯基的聚合物，多羟基聚合物，丙烯酸共聚物A，丙烯酸共聚物B，含羟基直链型共聚聚合物，抗氧剂加入反应釜中在150℃下搅拌1-3h后，进行抽真空脱水。
(2)在90℃下加入扩链剂、80℃下加入异氰酸酯后，反应60min，升高温度抽真空30min后，加入催化剂搅拌10min后，加入偶联剂，反应5min后，即得所述PUR热熔粘合剂。
其中，步骤(1)所述抽真空的温度为120℃，真空度为0.1MPa；。
对比例1
对比例1的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，没有加入多羟基聚合物。
对比例2
对比例2的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，没有加入扩链剂。
对比例3
对比例3的具体实施方式同实施例1，不同之处在于，没有含羟基直链型共聚聚合物。
性能评价
(1)硬度测试：
将实施例1，对比例1-3制备得到的PUR热熔粘合剂按照ASTM D-2240-05的方法，在正戊烷中浸泡72h后检测产品的邵氏硬度，测得数据见表1；
(2)断裂伸长率测试：
将实施例1，对比例1-3制备得到的PUR热熔粘合剂按照ASTM-D638-2003的标准制成哑铃型，在正戊烷中浸泡72h后检测产品的断裂伸长率，测得数据见表1；
(3)剪切强度测试：
将实施例1，对比例1-3制备得到的PUR热熔粘合剂，按照GB/T 7124的标准进行剪切强度的测试，测得数据见表1。
表1
Figure BDA0003413320600000071

Claims (10)

1.一种摩擦材料用PUR热熔粘合剂，其特征在于，制备原料包括以下组分：含酯基或碳酸酯基的聚合物15-30％，多羟基聚合物15-30％，丙烯酸共聚物A10-40％，丙烯酸共聚物B15-25％，扩链剂1-2.5％，异氰酸酯10-35％，硅烷偶联剂1-2％，含羟基直链型共聚聚合物2-10％，催化剂0.01-0.1％，硅烷硅烷偶联剂1-2％。
2.根据权利要求1所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述PUR热熔粘合剂的制备原料中还包括抗氧剂，抗氧剂与含酯基或碳酸酯基的聚合物的重量比为(0.1-2)：(15:30)。
3.根据权利要求1所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述含酯基或碳酸酯基的聚合物的分子量为7000-9000g/mol。
4.根据权利要求1或3所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述含酯基或碳酸酯基的聚合物的羟值为10-40mg KOH/g。
5.根据权利要求1所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述多羟基聚合物的官能度为2-4。
6.根据权利要求1或5所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述多羟基聚合物的羟值为100-150mg KOH/g。
7.根据权利要求1所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述含羟基直链型共聚聚合物的羟值为2-20mg KOH/g。
8.根据权利要求1或7所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述含羟基直链型共聚聚合物的在160℃的熔融粘度为70000-90000mPa.s。
9.根据权利要求1所述PUR热熔粘合剂，其特征在于，所述催化剂包括BDMAEE、DMAEE、DMDEE、T12中的至少一种。
10.一种如权利要求2-9任一项所述PUR热熔粘合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含酯基或碳酸酯基的聚合物，多羟基聚合物，丙烯酸共聚物A，丙烯酸共聚物B，含羟基直链型共聚聚合物，抗氧剂加入反应釜中在140-160℃下搅拌1-3h后，进行抽真空脱水；
(2)在80-100℃下加入扩链剂、70-95℃下加入异氰酸酯后，反应30-120min，升高温度抽真空20-40min后加入催化剂搅拌5-15min，加入偶联剂，反应5-15min后，即得所述PUR热熔粘合剂。
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