本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑。
背景技術(shù)：
水性聚氨酯粘合劑是水性粘合劑中的重要一類，具有聚氨酯材料的優(yōu)良性能。水性聚氨酯粘合劑含有極性很強(qiáng)、化學(xué)活潑性很高的異氰酸酯基和氨酯基，使之具有優(yōu)良的化學(xué)粘結(jié)力，其不污染環(huán)境，應(yīng)用領(lǐng)域、用途也愈來愈廣。但其耐高溫性能、耐水性能和耐戶外老化性能較差，從而導(dǎo)致使用水性聚氨酯粘合劑的產(chǎn)品出現(xiàn)脫膠情況，不能滿足提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要，因此需要對現(xiàn)有的水性聚氨酯粘合劑進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑，解決了現(xiàn)有技術(shù)中耐高溫性能、耐水性能和耐戶外老化性能較差的技術(shù)問題，粘結(jié)力強(qiáng)，滿足生產(chǎn)的需要。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑，是由耐水組合物與水性聚氨酯乳液共混制得，所述水性聚氨酯乳液的制備方法為，將羥基單體和親水?dāng)U鏈劑混合升溫至145-150℃，脫水，15-20min后，降溫至50-70℃，加入計(jì)量的異氰酸酯單體，升溫至80-90℃，保溫2-2.5h即可；所述的羥基單體為聚醚多元醇、聚酯多元醇或兩者的混合物；所述的親水?dāng)U鏈劑為含有羧基、磺酸基團(tuán)或者是磺酸鹽基團(tuán)的小分子多元醇，其質(zhì)量占異氰酸酯單體、羥基單體、親水?dāng)U鏈劑三者總質(zhì)量的10.5％-12.5％；所述的異氰酸酯單體為芳香族多異氰酸酯、脂肪族多異氰酸酯或脂環(huán)族多異氰酸酯，其中控制R1值為1.2-1.8；
所述耐水組合物的制備方法包括以下步驟，a、按照重量比取5-15份芋頭粉、0.5-1份二乙烯三胺五乙酸五鈉、1-2份納米氧化鐠、35-37份聚乙烯醇、0.5-1份丁酮酸鈉鹽、0.03-0.05份木質(zhì)素偶聯(lián)劑、2-4份糠醇和0.5-1份改性硅藻土作為原材料；b、從原材料中取改性芋頭粉、聚乙烯醇和糠醇混合并加熱至35-40℃，然后再依次加入改性硅藻土、丁酮酸鈉鹽和木質(zhì)素偶聯(lián)劑進(jìn)行攪拌，攪拌速度為500-510r/min，升溫至45-50℃，然后加入二乙烯三胺五乙酸五鈉和納米氧化鐠，以600-610r/min速度攪拌20-30min，然后保溫2-3h即可。
所述耐水組合物的原材料中還含有0.1-0.3份氯化鈣以及0.5-1份硬脂酸鈣。
所述芋頭粉還可經(jīng)過改性處理，其改性方法為將芋頭粉加入到其重量2-4倍且濃度為0.12-0.14g/ml硝酸鈰銨水溶液中，并在30-35℃溫度下攪拌2-3h以制成芋頭粉漿，再將芋頭粉漿進(jìn)行抽濾并用水洗滌直至水中不含硝酸鈰銨，得到改性芋頭粉。
所述改性硅藻土的制備方法為，取硅藻土并將其加入到為其重量3-5倍的水中混合均勻，再加入為硅藻土重量8％-10％的錫偶聯(lián)劑，用硫酸調(diào)節(jié)pH為5-6，然后加入為硅藻土重量1％-3％的桃葉珊瑚苷，混合均勻，調(diào)節(jié)溫度至60-65℃并保溫2-3h，再加入為硅藻土重量4％-6％的硬脂酸攪拌均勻，然后在110-105℃條件下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
所述制備改性硅藻土的過程中，加入錫偶聯(lián)劑后，再加入為硅藻土重量2％-3％的y-氯丙基三甲氧基硅烷，然后再用硫酸調(diào)節(jié)PH為5-6。
所述水性聚氨酯乳液的具體制備方法為，按照重量比取70-80份多異氰酸酯和15-20份聚醚多元醇并將二者混合，然后在溫度為55-60℃的條件下反應(yīng)2-2.5h，再用含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子進(jìn)行擴(kuò)鏈和交聯(lián)，其中，多官能基小分子為二元醇、二元胺、三元醇、三元胺中的任意一種或任意一種以上的混合，任意一種以上混合時(shí)為任意配比；含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子的加入量為多異氰酸酯的10-50％；其最后的NCO/OH摩爾比為1.0-3.5，擴(kuò)鏈劑中[-OH]與多元醇中[-OH]摩爾比為1.0-3.5；然后調(diào)節(jié)PH值為6.5-7.5，待5-10分鐘后冷卻至40℃以下再加冰水分散，得水性聚氨酯乳液，固含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10-25％。
本發(fā)明具有以下有益效果：
一、本發(fā)明所述的一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑，耐高溫性能、耐水性能和耐戶外老化性能強(qiáng)，粘結(jié)力強(qiáng)，使用該水性聚氨酯粘合劑的產(chǎn)品不易出現(xiàn)脫膠情況，滿足了提高產(chǎn)品質(zhì)量的需要；
二、本發(fā)明中耐水組合物使用的改性芋頭粉是由芋頭粉經(jīng)硝酸鈰銨改性得到，改性后的芋頭粉，醛基量增加，但仍然保留伯醇，可以和聚乙烯醇分子間形成氫鍵，進(jìn)而使本發(fā)明結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)力更強(qiáng)，且耐水組合物中含有乙烯三胺五乙酸五鈉、丁酮酸鈉鹽和納米氧化鐠，能夠極大的改善混合材料的性能，使其耐水性能和耐高溫性能極佳，并進(jìn)一步降低了本發(fā)明所述高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑的透濕率并且大大增強(qiáng)了其耐高溫性能，有效改善了因過強(qiáng)的界面作用導(dǎo)致斷裂伸長率降低的現(xiàn)象；
三、耐水組合物中的改性硅藻土是由硅藻土經(jīng)改性后得到，從而使得改性硅藻土摩擦系數(shù)、結(jié)晶成核能力和吸附能力均大大降低，使其更容易與高分子材料進(jìn)行共混制備水性聚氨酯粘合劑，且加入改性硅藻土使耐水組合物共混過程更快更均勻，并使本發(fā)明所述的高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑的穩(wěn)定性更高，保持時(shí)間長，粘結(jié)性更強(qiáng)，改性硅藻土提高了本發(fā)明中金屬陽離子的活性，使本發(fā)明用于粘合時(shí)干燥時(shí)間更短；
四、對硅藻土進(jìn)行改性時(shí)，向硅藻土中加入桃葉珊瑚苷，桃葉珊瑚苷含有多個(gè)極性官能團(tuán)，性質(zhì)活潑，在錫偶聯(lián)劑和硅藻土的作用下產(chǎn)生了與戊二醛相似的雙醛結(jié)構(gòu)，從而使生成的改性硅藻土更加均勻；
五、本發(fā)明安全無毒，其耐熱溫度提高了23℃，抗沖擊強(qiáng)度提高了55.2％，韌性提高了23.1％，膠合強(qiáng)度提高了45％。
具體實(shí)施方式
結(jié)合以下具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施本發(fā)明的過程、條件、試劑、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。
實(shí)施例1
一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑，是由耐水組合物與水性聚氨酯乳液共混制得，所述水性聚氨酯乳液的制備方法為，將羥基單體和親水?dāng)U鏈劑混合升溫至145℃，脫水，15min后，降溫至50℃，加入計(jì)量的異氰酸酯單體，升溫至80℃，保溫2h即可；所述的羥基單體為聚醚多元醇、聚酯多元醇或兩者的混合物；所述的親水?dāng)U鏈劑為含有羧基、磺酸基團(tuán)或者是磺酸鹽基團(tuán)的小分子多元醇，其質(zhì)量占異氰酸酯單體、羥基單體、親水?dāng)U鏈劑三者總質(zhì)量的10.5％；所述的異氰酸酯單體為芳香族多異氰酸酯、脂肪族多異氰酸酯或脂環(huán)族多異氰酸酯，其中控制R1值為1.2；
所述耐水組合物的制備方法包括以下步驟，a、按照重量比取5份芋頭粉、0.5份二乙烯三胺五乙酸五鈉、1份納米氧化鐠、35份聚乙烯醇、0.5份丁酮酸鈉鹽、0.03份木質(zhì)素偶聯(lián)劑、2份糠醇和0.5份改性硅藻土作為原材料；b、從原材料中取改性芋頭粉、聚乙烯醇和糠醇混合并加熱至35℃，然后再依次加入改性硅藻土、丁酮酸鈉鹽和木質(zhì)素偶聯(lián)劑進(jìn)行攪拌，攪拌速度為500r/min，升溫至45℃，然后加入二乙烯三胺五乙酸五鈉和納米氧化鐠，以600r/min速度攪拌20min，然后保溫2h即可。
所述芋頭粉還可經(jīng)過改性處理，其改性方法為將芋頭粉加入到其重量2倍且濃度為0.12g/ml硝酸鈰銨水溶液中，并在30℃溫度下攪拌2h以制成芋頭粉漿，再將芋頭粉漿進(jìn)行抽濾并用水洗滌直至水中不含硝酸鈰銨，得到改性芋頭粉。
所述改性硅藻土的制備方法為，取硅藻土并將其加入到為其重量3-5倍的水中混合均勻，再加入為硅藻土重量8％的錫偶聯(lián)劑，用硫酸調(diào)節(jié)pH為5，然后加入為硅藻土重量1％的桃葉珊瑚苷，混合均勻，調(diào)節(jié)溫度至60℃并保溫2h，再加入為硅藻土重量4％的硬脂酸攪拌均勻，然后在105℃條件下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
所述水性聚氨酯乳液的具體制備方法為，按照重量比取70份多異氰酸酯和15份聚醚多元醇并將二者混合，然后在溫度為55℃的條件下反應(yīng)2h，再用含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子進(jìn)行擴(kuò)鏈和交聯(lián)，其中，多官能基小分子為二元醇、二元胺、三元醇、三元胺中的任意一種或任意一種以上的混合，任意一種以上混合時(shí)為任意配比；含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子的加入量為多異氰酸酯的10％；其最后的NCO/OH摩爾比為1.0，擴(kuò)鏈劑中[-OH]與多元醇中[-OH]摩爾比為1.0；然后調(diào)節(jié)PH值為6.5，待5分鐘后冷卻至40℃以下再加冰水分散，得水性聚氨酯乳液，固含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％。
以上為基礎(chǔ)技術(shù)方案，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)：
如，所述耐水組合物的原材料中還含有0.1份氯化鈣以及0.5份硬脂酸鈣。
又如，所述制備改性硅藻土的過程中，加入錫偶聯(lián)劑后，再加入為硅藻土重量2％的y-氯丙基三甲氧基硅烷，然后再用硫酸調(diào)節(jié)PH為5。
實(shí)施例2
一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑，是由耐水組合物與水性聚氨酯乳液共混制得，所述水性聚氨酯乳液的制備方法為，將羥基單體和親水?dāng)U鏈劑混合升溫至147℃，脫水，18min后，降溫至60℃，加入計(jì)量的異氰酸酯單體，升溫至85℃，保溫2.3h即可；所述的羥基單體為聚醚多元醇、聚酯多元醇或兩者的混合物；所述的親水?dāng)U鏈劑為含有羧基、磺酸基團(tuán)或者是磺酸鹽基團(tuán)的小分子多元醇，其質(zhì)量占異氰酸酯單體、羥基單體、親水?dāng)U鏈劑三者總質(zhì)量的11.5％；所述的異氰酸酯單體為芳香族多異氰酸酯、脂肪族多異氰酸酯或脂環(huán)族多異氰酸酯，其中控制R1值為1.4；
所述耐水組合物的制備方法包括以下步驟，a、按照重量比取10份芋頭粉、0.8份二乙烯三胺五乙酸五鈉、1.5份納米氧化鐠、36份聚乙烯醇、0.7份丁酮酸鈉鹽、0.04份木質(zhì)素偶聯(lián)劑、3份糠醇和0.8份改性硅藻土作為原材料；b、從原材料中取改性芋頭粉、聚乙烯醇和糠醇混合并加熱至38℃，然后再依次加入改性硅藻土、丁酮酸鈉鹽和木質(zhì)素偶聯(lián)劑進(jìn)行攪拌，攪拌速度為505r/min，升溫至47℃，然后加入二乙烯三胺五乙酸五鈉和納米氧化鐠，以605r/min速度攪拌25min，然后保溫2.5h即可。
所述芋頭粉還可經(jīng)過改性處理，其改性方法為將芋頭粉加入到其重量3倍且濃度為0.13g/ml硝酸鈰銨水溶液中，并在33℃溫度下攪拌2.5h以制成芋頭粉漿，再將芋頭粉漿進(jìn)行抽濾并用水洗滌直至水中不含硝酸鈰銨，得到改性芋頭粉。
所述改性硅藻土的制備方法為，取硅藻土并將其加入到為其重量4倍的水中混合均勻，再加入為硅藻土重量9％的錫偶聯(lián)劑，用硫酸調(diào)節(jié)pH為5.5，然后加入為硅藻土重量2％的桃葉珊瑚苷，混合均勻，調(diào)節(jié)溫度至63℃并保溫2h，再加入為硅藻土重量5％的硬脂酸攪拌均勻，然后在108℃條件下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
所述水性聚氨酯乳液的具體制備方法為，按照重量比取75份多異氰酸酯和17份聚醚多元醇并將二者混合，然后在溫度為58℃的條件下反應(yīng)2.5h，再用含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子進(jìn)行擴(kuò)鏈和交聯(lián)，其中，多官能基小分子為二元醇、二元胺、三元醇、三元胺中的任意一種或任意一種以上的混合，任意一種以上混合時(shí)為任意配比；含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子的加入量為多異氰酸酯的30％；其最后的NCO/OH摩爾比為2.5，擴(kuò)鏈劑中[-OH]與多元醇中[-OH]摩爾比為2.5；然后調(diào)節(jié)PH值為7，待8分鐘后冷卻至40℃以下再加冰水分散，得水性聚氨酯乳液，固含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15％。
以上為基礎(chǔ)技術(shù)方案，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)：
如，所述耐水組合物的原材料中還含有0.2份氯化鈣以及0.8份硬脂酸鈣。
又如，所述制備改性硅藻土的過程中，加入錫偶聯(lián)劑后，再加入為硅藻土重量2.5％的y-氯丙基三甲氧基硅烷，然后再用硫酸調(diào)節(jié)PH為5.5。
實(shí)施例3
一種高粘結(jié)力的水性聚氨酯粘合劑，是由耐水組合物與水性聚氨酯乳液共混制得，所述水性聚氨酯乳液的制備方法為，將羥基單體和親水?dāng)U鏈劑混合升溫至150℃，脫水，20min后，降溫至70℃，加入計(jì)量的異氰酸酯單體，升溫至90℃，保溫2.5h即可；所述的羥基單體為聚醚多元醇、聚酯多元醇或兩者的混合物；所述的親水?dāng)U鏈劑為含有羧基、磺酸基團(tuán)或者是磺酸鹽基團(tuán)的小分子多元醇，其質(zhì)量占異氰酸酯單體、羥基單體、親水?dāng)U鏈劑三者總質(zhì)量的12.5％；所述的異氰酸酯單體為芳香族多異氰酸酯、脂肪族多異氰酸酯或脂環(huán)族多異氰酸酯，其中控制R1值為1.8；
所述耐水組合物的制備方法包括以下步驟，a、按照重量比取15份芋頭粉、1份二乙烯三胺五乙酸五鈉、2份納米氧化鐠、37份聚乙烯醇、1份丁酮酸鈉鹽、0.05份木質(zhì)素偶聯(lián)劑、4份糠醇和1份改性硅藻土作為原材料；b、從原材料中取改性芋頭粉、聚乙烯醇和糠醇混合并加熱至40℃，然后再依次加入改性硅藻土、丁酮酸鈉鹽和木質(zhì)素偶聯(lián)劑進(jìn)行攪拌，攪拌速度為510r/min，升溫至50℃，然后加入二乙烯三胺五乙酸五鈉和納米氧化鐠，以610r/min速度攪拌30min，然后保溫3h即可。
所述芋頭粉還可經(jīng)過改性處理，其改性方法為將芋頭粉加入到其重量4倍且濃度為0.14g/ml硝酸鈰銨水溶液中，并在35℃溫度下攪拌3h以制成芋頭粉漿，再將芋頭粉漿進(jìn)行抽濾并用水洗滌直至水中不含硝酸鈰銨，得到改性芋頭粉。
所述改性硅藻土的制備方法為，取硅藻土并將其加入到為其重量5倍的水中混合均勻，再加入為硅藻土重量10％的錫偶聯(lián)劑，用硫酸調(diào)節(jié)pH為6，然后加入為硅藻土重量3％的桃葉珊瑚苷，混合均勻，調(diào)節(jié)溫度至65℃并保溫3h，再加入為硅藻土重量6％的硬脂酸攪拌均勻，然后在110℃條件下烘干至恒重，得到改性硅藻土。
所述水性聚氨酯乳液的具體制備方法為，按照重量比取80份多異氰酸酯和20份聚醚多元醇并將二者混合，然后在溫度為60℃的條件下反應(yīng)2.5h，再用含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子進(jìn)行擴(kuò)鏈和交聯(lián)，其中，多官能基小分子為二元醇、二元胺、三元醇、三元胺中的任意一種或任意一種以上的混合，任意一種以上混合時(shí)為任意配比；含羧基親水性基團(tuán)的多官能基小分子的加入量為多異氰酸酯的50％；其最后的NCO/OH摩爾比為3.5，擴(kuò)鏈劑中[-OH]與多元醇中[-OH]摩爾比為3.5；然后調(diào)節(jié)PH值為7.5，待10分鐘后冷卻至40℃以下再加冰水分散，得水性聚氨酯乳液，固含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％。
以上為基礎(chǔ)技術(shù)方案，可在以上基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)：
如，所述耐水組合物的原材料中還含有0.3份氯化鈣以及1份硬脂酸鈣。
又如，所述制備改性硅藻土的過程中，加入錫偶聯(lián)劑后，再加入為硅藻土重量3％的y-氯丙基三甲氧基硅烷，然后再用硫酸調(diào)節(jié)PH為6。