聚氨酯膠粘劑(POlyurethaneAdhesive)是指在分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)或異氰酸酯基(-NCO)的膠粘劑。
聚氨酯密封膠有優異的性能,且應用領域廣泛。它分為多異氰酸酯和聚氨酯兩大類。因含有極性很強、化學活潑性很高的異氰酸酯基(-NCO)和氨酯基(-NHCOO-),它與含有活潑氫的材料,如泡沫塑料、木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料和金屬、玻璃、橡膠、塑料等表面光潔的材料都有著優良的化學粘接力。而聚氨酯與被粘接材料之間產生的氫健作用會使高分子內聚力增加。從而使粘接更加牢固。此外,聚氨酯膠粘劑還具有韌性可調節、粘接工藝簡便、極佳的耐低溫性能以及優良的穩定性等特性,近年來,在國內外成為發展最快的膠粘劑。聚氨酯密封膠發展的突出特點是適應環保、工業衛生、資源等政策法規的要求,進行了產業結構的調整,努力降低有機溶劑型產品的比重。
由于汽車工業的發展要求汽車構件輕量化,因此大量采用塑料零部件,特別是高強度的ERP(玻璃纖維增加塑料)和SMC(片狀模塑材料),而塑料零部件需用聚氨酯結構膠和密封膠進行粘接裝配。
在建筑行業中,由于聚氨酯密封膠對各種建筑材料都具有良好的粘接性,且價格比有機硅與聚硫密封膠便宜,因此從90年代開始,聚氨酯密封膠超過有機硅與聚硫密封膠而占據主導地位。為了適應自動化裝配線的要求,膠粘劑的固化速度必須大幅度提高。通過近年來的努力,開發了一些新的膠種,如快速反應性聚氨酯膠、輻射或紫外固化膠及反應熱熔膠等,可使聚氨酯膠粘劑的固化速度成倍加快。同時還注重施膠工藝和工具方面的開發。我國聚氨酯膠粘劑的技術發展動態——多異氰酸酯膠粘劑,多異氰酸酯膠粘劑是由多異氰酸酯單體或其低分子衍生物組成的膠粘劑,是聚氨酯膠粘劑中的早期產品,屬于反應型膠粘劑,粘接強度高,適用于金屬與橡膠、纖維等的粘接。但由于含有較多的游離異氰酸根基團,對潮氣敏感,有毒性且通常含有機溶劑,因此較少以單體形式單獨使用,而是將它混入橡膠類膠粘劑或用作交聯劑。其主要品種有三異氰酸酯膠粘劑、四異氰酸酯膠粘劑、多異氰酸酯膠粘劑、三羥甲基丙烷-TDI加成物等。其工藝比較成熟,我國與先進國家的差距也較小。
我國聚氨酯膠粘劑的技術發展動態:雙組分聚氨酯膠粘劑。這是聚氨酯膠粘劑中最重要的一類,用途廣、用量大。
為降低溶劑型聚氨酯密封膠的危害性,歐洲近年來提出了"綠色"溶劑的概念,即使用那些毒性不大,或可以生物分解,因而已從毒性釋放性物質(TRI)和有機揮發物(VOC)名單中去除的溶劑,如丙酮、雙戊烯、乳酸乙酯、乙醇等。如美國Morton公司開發的以聚醚多元醇為基礎的HAS系列膠粘劑即為以乙醇為主溶劑的混合溶劑型("綠色"溶劑)膠粘劑。利用溶液法制備聚氨酯膠粘劑的工藝技術近年來仍在不斷改進,如先加少量溶劑,在接近本體狀態下反應,隨著反應混合物粘度的增加分批補加溶劑;加新型催化劑,反應中止劑和貯存穩定劑,對溶劑的水分和其他有害雜質進行脫除處理等,不僅可大大縮短反應時間,還可制得粘度批間穩定性和貯存穩定性都非常優良的產品。溶劑型聚氨酯膠粘劑可用于食品包裝、鞋底粘接、紙塑復合、土木建筑及超低溫條件下應用等。
雙組分無溶劑聚氨酯膠粘劑一般為低分子質量的多元醇和多異氰酸酯,或端NCO預聚物和多元醇或多元胺。在國外70年代初就已用于汽車的發動機罩、后貨箱蓋等的粘接。近年來特別用于汽車ERP部件和金屬的粘接,如SMC車身板、頂蓋、行李箱蓋、擋泥板、測護條、擋見玻璃、緩沖器等的粘接,以及船舶、容器、工業器材、體育服務器等ERP材料的粘接。與環氧膠粘劑相比,具有柔韌性、可吸收應力、對多種基材粘接性好等優點。近年來已出現多種商品牌號,如美國Pierce&Sterens公司的HybondJ9625系列單組分濕固化膠,可用于復合板、天花板、地板等的粘接。美國ConproTec公司的Utalane5774A/B,可用于修補飛機艙板的裂縫。
無溶劑反應性聚氨酯膠粘劑的發展趨勢是提高固化速度以及初粘性,做到不用底涂劑,防止氣泡的產生(特別對濕固化型)。近年來研究開發出一種聚氨酯、丙烯酸酯接枝或共混并與聚苯乙烯形成互穿網絡的改性聚氨酯結構膠。此膠粘劑主鏈為聚氨酯,有很好的柔韌性,又結合了丙烯酸酯耐候性和苯乙烯的韌
性和熱固性等性能。其固化物耐熱、耐水,特別適用于船舶結構的粘接另外,雙組分無溶劑聚氨酯密封膠在干法復合薄膜制造上的應用1974年起始于德國,日本于1977年引進該技術,到1997年已建成60多條生產線。在歐美用這種膠粘劑制備的干法復合薄膜目前已達50%以上。用于復合薄膜制造的聚氨酯膠粘劑技術上目前已發展到第3代:第1代為單組分聚醚或聚酯型端NCO預聚體型,其缺點是粘度變化快、固化速度慢、易產生二氧化碳氣泡;第2代為端羥基聚氨酯預聚體的雙組分型,其粘度較低,缺點是初粘強度低且涂布裝置要求精密的自動供膠計量混合系統,對EVA、NY、鋁箔等粘接性能不佳;而第3代為在第2代基礎上改進的雙組分體系,不但初業性能好,而且耐高溫蒸煮,也可適用于鋁箔等的粘接。
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