《聚氨酯胶黏剂》PPT课件.ppt

第3章 合成胶黏剂,3.3.4 聚氨酯胶黏剂,聚氨酯（PU)胶黏剂是以异氰酸酯和聚氨基甲酸酯为主体的胶黏剂，用多异氰酸酯及含有羟基、氨基等活性基团的化合物为主要材料进行合成。这类胶黏剂具有粘接力强，胶膜坚韧、耐冲击，有良好的耐低温性、耐油和耐磨性等，但耐热性较差。它广泛用于粘接金属、木材、塑料、皮革、陶瓷、玻璃的呢过，是合成胶黏剂的重要品种。,1. 聚氨酯胶黏剂的特点 （1）优点 聚氨酯胶黏剂因含有极性很强、化学活泼性很高的 异氰酸酯基和氨酯基，它与含有活泼氢的材料，如泡沫塑 料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料和金属、 玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有着优良的化学胶 接力。, 调节聚氨酯树脂的配方可控制分子链中软缎与硬段 比例及结构，制成不同硬度和伸长率的胶黏剂。 可加热固化，也可以室温固化。 固化属于加聚反应，没有副产物产生，因此不易使胶合层产生缺陷。, 低温和超低温性能特别优良，超过所有其他类型的胶黏剂。其胶合层可在-196 ，甚至-253 下使用。 具有良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧及防霉菌等性能。,（2）缺点 在高温、高湿下易水解而降低胶合强度。,2. 聚氨酯胶粘剂的分类,聚氨酯胶黏剂的类型和品种很多，其分类方法也很多， 一般可按照反应组成、溶剂形态、包装、用途、固化方式 等方法分类。,（1）按照反应组分进行分类, 多异氰酸酯胶黏剂 （单体胶粘剂） 含异氰酸酯基聚氨酯胶黏剂 主要组成含异氰酸酯基聚氨酯预聚体，多异氰酸酯和 多羟基化合物的反应生成物。是聚氨酯胶黏剂中最重要的 一部分，有单组分、双组分、溶剂型、无溶剂型等类型。,（1）按照反应组分进行分类, 含羟基聚氨酯胶黏剂 含羟基的线型聚氨酯聚合物，由二异氰酸酯与二官能度 的聚酯或聚醚反应生成。 属双组分胶黏剂,（3）按照组分进行分类, 单组分聚氨酯胶黏剂 双组分聚氨酯胶黏剂 （API、醇+预聚体）,第一节 聚氨酯胶黏剂的原料,无论是异氰酸酯胶黏剂，还是聚氨基甲酸酯胶黏剂， 都需要异氰酸酯单体。异氰酸酯（Isocyanate）是一大类 含有异氰酸基（N=C=O）的有机化合物。异氰酸酯基由 于其累积双键和碳原子两边的电负性很大的氮氧原子作 用，使之具有很高的反应活性，能与绝大多数含活泼氢的 物质发生反应。,1. 异氰酸酯,常用的异氰酸酯主要有芳香族类和脂肪类两种。芳香 族类的主要有：TDI（2, 4甲苯二异氰酸酯或2, 6甲苯 二异氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷- 4, 4二异氰酸酯）、 NDI （1, 5萘二异氰酸酯）、PAPI（多亚甲基多苯基多 异氰酸酯）等；,脂肪族类的主要有：HDI（六亚甲基二异氰酸酯）、HMDI（二环己基甲烷- 4, 4-二异氰酸酯）、IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）等。,由于TDI价格较低而且在2, 4甲苯二异氰酸酯中两个不同位置的异氰酸根活性差异很大，有利于化学反应中的分子设计，应用较为广泛。 MDI比TDI制备的异氰酸酯具有较高的模量和撕裂强度，因为MDI对称，产生结构规整有序的相区结构。,芳香族异氰酸酯制备的聚氨酯，由于具有刚性的芳环，硬段内聚能增大，其强度比来自脂肪族的异氰酸酯生产的聚氨酯大，并且抗氧化性能也好。,异氰酸酯根据对动物实验以及对人的作用，将其归类 于危害性物料，在运输规范中也被视为危险品。,2. 聚酯多元醇,大部分为二官能度。 一般要求酸值为0.30.5mgKOH/g为宜。 聚酯多元醇易于吸湿，贮运应避免大气中水分进入。 为了减少可逆反应，温度不应超过120 。,3. 聚醚多元醇,是端羟基的齐聚物，主链上的烃基由醚键连接。 是以低分子量的多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物 为起始剂，与氧化烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。,4. 催化剂,主要需用NCO/OH反应催化剂和NCO/H2O反应催化剂。 （1）有机锡类催化剂： 此类催化剂催化NCO/OH反应比催化NCO/H2O反应强，聚氨酯胶黏剂制备时大多采用此类催化剂。,（2）叔胺类催化剂： 此类催化剂对促进与水的反应特别有效。 一般用于制备聚氨酯泡沫塑料，发泡型聚氨酯胶黏剂以 及低温固化型、潮气固化型聚氨酯胶黏剂。,5. 溶剂,为了调整聚氨酯胶黏剂的黏度，便于工艺操作，在聚 氨酯胶黏剂的制备或使用过程中，经常要采用溶剂。 聚氨酯胶黏剂用的有机溶剂必须是“氨酯级溶剂”，基 本上不含水、醇等活泼氢的化合物。 聚氨酯胶黏剂用的溶剂纯度比一般工业品高。,聚氨酯胶黏剂采用的溶剂通常包括酮类（如甲乙酮、 丙酮）、芳香烃（甲苯）、二甲基甲酰胺、四氢呋喃等。 溶剂的选择可根据聚氨酯分子与溶剂的溶解原则： 溶度参数相近、极性相似以及溶剂本身的挥发速度等因 素来确定。,聚氨酯胶黏剂常用溶剂物理性质,注：聚氨酯溶度参数SP为10。,第二节 聚氨酯的胶接机理,对固体材料进行粘接必须满足下列条件： （1）接触角尽可能小，到达完全润湿； （2）对基材表面进行必要处理，清除“弱界面层”，并赋予适当的粗糙度。,（1）金属、玻璃、陶瓷等胶接,金属、玻璃等物质表面张力很高，属于高能表面， 其表面含有吸附水、羟基及其他极性基团，异氰酸酯能 与吸附水和羟基等活性点反应形成共价键。,同时异氰酸酯胶黏剂中的氨基甲酸酯基、取代脲基等 极性基团，也会与这些基材表面上的极性基团形成第二类 化学键。 除此之外，金属还能与芳香族异氰酸酯基的苯环形成 配位键。,（2）橡胶、塑料的胶接,树脂中的溶剂会一定程度地溶涨橡胶和塑料的表面， 异氰酸酯与湿气反应生成取代脲或缩二脲结构，并且在加 热条件下固化形成交联结构。,有些塑料本身含羰基、酯基（聚酯类塑料、）酰胺基 （聚酰胺塑料）等极性基团，或者基材表面被氧化而含有 羰基、羟基等极性基团，这些基团的存在也会与异氰酸酯 胶黏剂中的极性基团作用，有益于胶接。,（3）织物、木材等的胶接,这一类基材具有一定的吸湿率，并常含有醚键、酯键 等极性键及羧基、羟基等。羟基和水容易与异氰酸酯基 反应形成牢固的氨酯基和脲基等化学键；基材的极性基 团与胶中的极性基团形成氢键。,另外，这些基材都是多孔性材料，胶黏剂容易渗入， 形成机械胶接。因此异氰酸酯胶黏剂对这一类材料能形 成牢固的胶接。,总的来说，聚氨酯胶接机理可以总结为： （1）异氰酸酯基与基材活泼氢反应形成化学键胶接；（2）异氰酸酯树脂与基材含氧、氮等的大极性基团形成氢