高洁
广州鹿山新材料股份有限公司
摘要：在我国快速发展的过程中，研究分析了湿固化反应型聚氨酯热熔胶粘剂（简称PUR热熔胶）针对低表面能塑料PP与极性塑料PC的防水密封效果,并与国内外同类型胶进行了对比。试验结果表明PUR热熔胶对PP、PC材料粘接后，可以起到快速防水密封效果，且耐高低温、耐湿热等性能较好，因此可以作为诸如汽车车灯、家电盖板、电子封装等使用类似塑料领域的防水密封材料。
关键词：反应型聚氨酯热熔胶；PP、PC材料粘接；防水密封
引言
反应型聚氨酯热熔胶是通过低聚物二醇与多异氰酸酯反应生成的含有端NCO基团的预聚物，再配合催化剂、消泡剂和增黏树脂等助剂制备而成，施胶后通过NCO基团与空气中的水分反应固化的一种粘接剂。由于反应后粘接剂的分子量扩大，并形成了一定的交联结构，因此比其他种类的粘接剂具有更好的粘接作用。此外，它还具备种类多、性能可调范围广、粘接强度高、施工方便、固含量高、低VOC以及安全环保等诸多优点，广泛应用于轨道交通、汽车、纺织、书籍装订、软包装和木材加工等领域。而且，随着人们对于环保要求的提高，其必然有着更为广阔的发展前景。反应型聚氨酯热熔胶的性能受到所选择的原料、催化剂、增黏树脂等多种因素的影响，探究这些因素对粘接剂性能的影响，对于扩展其应用领域有着极为重要的意义。
1分类
反应型热熔胶，根据固化机理不同，可分为封闭型热熔胶、湿固化型热熔胶和硅烷改性聚氨酯热熔胶。封闭型聚氨酯热熔胶是以苯酚、叔丁醇、丙二酸二乙酯和己内酰胺等将 NCO 端基暂时保护，使其在常温没有反应活性。使用时可在一定温度下将 NCO 解封闭，释放出活性的 NCO 基团。封端增加了储存稳定性，缺点是使用前加热解封闭增加了工艺的复杂性和能耗，还可能会有封闭剂挥发造成环境污染。曾经出现在市场的该类胶黏剂产品有 DuPont 公司生产的 Hylene MP，Mobay 公司生产的 Mondur S、Mondur SH，Upjohn 公司生产的Isonate 123P 等。硅烷封端单组分反应型聚氨酯热熔胶，是将异氰酸酯端基由硅烷偶联剂修饰转变为硅氧烷端基，使用时通过硅氧烷水解和缩合而实现交联固化。湿固化反应型聚氨酯热熔胶是以 -NCO 端基预聚体为基料，添加不与 -NCO 发生反应的各类添加剂，如热塑性树脂、填料、增黏树脂、催化剂、抗氧剂、增塑剂、触变剂、紫外吸收剂、染料、颜料、阻燃剂等混合而成的在室温下为固体的胶黏剂。当然，封闭性和硅烷改性聚氨酯热熔胶也可以根据需要添加助剂。本文重点介绍单组份湿气固化聚氨酯热熔胶。
2实验部分
2.1材料与仪器
2.1.1基材
PC材料板长度100mm、宽度40mm、厚度3mm。
2.1.2胶黏剂
a.硅宝PUR热熔胶3#，粘度250Pa·s（120℃），固体含量100%；b.某进口PUR热熔胶1,粘度240Pa·s（120℃），固体含量100%；c.某进口PUR热熔胶2,粘度230Pa·s（120℃），固体含量100%；d.国内PUR热熔胶1,粘度250Pa·s（120℃），固体含量100%；e.国内PUR热熔胶2,粘度270Pa·s（120℃），固体含量100%。
2.2试验制备
将计量好的低聚物二醇加入到四口烧瓶中，升温至110~120℃，分次加入增黏树脂，并强力搅拌，使树脂溶解在低聚物二醇中，同时在-0.1MPa下抽真空脱水2h，降温至50~60℃。加入计量好的MDI，同时通入氮气，升温，控制温度在75~85℃，反应1.5h；加入催化剂、消泡剂和抗氧剂等助剂，继续反应并抽真空0.5h，待基本无气泡后放料。
2.3实验方法
将样块放入不同条件下进行不同时间的养护，养护时间到后将样块浸入水中不同深度（20cm、40cm、60cm），保持30s后取出，观察实验效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据样块气密性的好坏程度将胶黏剂分为3个档次（档次1为优，PC板材里侧无任何水滴、或水雾出现；档次2为中等，PC板材里侧出现少量水雾、些许水；档次3为差，PC板材上出现明显水滴或大面积雾气。A模块浸水后内部未发现任何雾气或水滴，属于档次1；B模块发现少量雾气，属于档次2；C模块里侧整体产生大量水雾和水珠，属于档次3。
3结果与讨论
3.1NCO质量分数对粘接剂性能的影响
聚氨酯热熔胶的固化，是其含有的NCO基团与空气中水分反应的过程，因而热熔胶中NCO的质量分数对于热熔胶的性能有着直接的影响。以2000分子量的PBA与MDI反应，制备不同NCO质量分数的聚氨酯热熔胶，并分别测试其性能，其中黏度为120℃下测定。
3.2高低温循环后测试
制好样养护7天（温度25℃，湿度50%）后，进行5个高低温循环试验，每个循环历时8h。即温度转换速率为0.6～4.0℃/min；循环开始温度20℃；低温-30℃/至少2h;高温120℃/至少2h。循环结束后浸水不同深度（20cm、40cm、60cm）观察密封效果。经过高低温循坏后，如图9所示，硅宝自主研发的PUR热熔胶3#浸水60cm深时发现进入了少量水汽产生雾斑，说明高低温处理后粘接性能有所下降；而某进口PUR胶1、2浸水深40cm以内后取出，基本无起雾、进水情况，而在渗水60cm深后取出也有少量起雾，说明其粘接性能同样有所下降。
3.3多异氰酸酯
多异氰酸酯是制备聚氨酯预聚体必不可少的原料，多异氰酸酯的骨架结构及反应活性、官能度等对ＰＵＲ的储存稳定性、固化速率和力学性能都有重要的影响。代表性的多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯（ＴＤＩ）、二苯基甲烷二异氰酸酯（ＭＤＩ）、异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）、六亚甲基二异氰酸酯（ＨＤＩ）、１，５－萘二异氰酸酯（ＮＤＩ）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（ＰＡＰＩ）、１，４－环己烷二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸醋、六氢化甲苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯等，用于制备ＰＵＲ的多异氰酸酯主要为ＭＤＩ，ＭＤＩ系列品种达２０多个。其中纯ＭＤＩ熔点３７℃，在常温下为固体，且易发生自聚形成二聚体而改变其使用性能，给使用带来了极大的不便。为此常采用液化改性的方法来改善其各项性能，常用的液化方法有：（１）将２，４′－ＭＤＩ与４，４′－ＭＤＩ混合。该液体ＭＤＩ不易发生二聚反应，并且２－位置上的－ＮＣＯ的反应活性低于４－位置，这是由位阻引起的，这就使得只有高活性的－ＮＣＯ参与预聚物的合成反应，而低活性的－ＮＣＯ不参与反应，其仅在湿固化过程中发生交联反应，所以用它制备的预聚体贮存稳定性可显著提高，其中２，４′－ＭＤＩ的质量分数越大越好，至少大于２０％，最好大于５０％，但该混合物的缺点是后期湿固化速度减慢。（２）碳化二亚胺改性ＭＤＩ。（３）氨基甲酸酯改性ＭＤＩ，黏度大，会影响后续产品的黏度。（４）脲基甲酸酯改性ＭＤＩ，这是一种新型的液化ＭＤＩ，是Ｂａｙｅｒ公司的专利技术，与其他液化ＭＤＩ产品相比，它具有高含量的ＭＤＩ单体。
结语
a.结合目前塑料领域用胶的问题和应用现状，开发了一种简易的密封粘接测试模块，来对比、分析几种PUR热熔胶在PP、PC塑料材料上的密封性能。b.通过这种简易的密封粘接测试方法可初步检验硅宝自主研发的PUR热熔胶3#基本满足PP、PC材料表面粘接性要求，且快速固定、初粘性能、耐高低温性能、耐湿热性能基本达到同类进口PUR胶的水平。c.目前市面上的PUR胶由于其材料结构特性普遍具有高极性、高结晶度、高模量的特点，在受到湿热冲击时，容易受到亲水性影响导致高水汽透过，特别是在粘接界面处。PUR胶的发展正处在上升时期，PUR胶耐高温湿热的密封性能值得更加深入的探索。
参考文献
[1]李永德,杨颖霞.单组分湿固化聚氨酯胶粘剂[J].中国胶粘剂,2003,12(2):51-55.
[2]任小军,张强,温旭东,等.有机硅密封胶在汽车车灯上的应用[J].汽车工艺与材料,2013,(8):53-54.
论文作者:高洁
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：热熔胶论文; 聚氨酯论文; 异氰酸论文; 性能论文; 粘接论文; 固体论文; 硅烷论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;