聚氨酯涂料与粘合剂的相互转化

1、聚氨酯涂料与粘合剂的相互转化聚氨酯涂料聚氨酯涂料是目前较常见的一类涂料，可以分为单组分聚氨酯涂料和双组分 聚氨酯涂料。其中双组分聚氨酯涂料一般是由异氤酸脂预聚物（也叫低分子氨基 甲酸酯聚合物）和含羟基树脂两部分组成，通常称为固化剂组分和主剂组分。这 一类涂料的品种很多，应用范围也很广，根据含羟基组分的不同可分为丙烯酸聚 氨酯、醇酸聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种。一般都具有 良好的机械性能、较高的固体含量、各方面的性能都比较好。是目前很有发展前 途的一类涂料品种。主要应用方向有木器涂料、汽车修补涂料、防腐涂料、地坪 漆、电子涂料、特种涂料、聚氨酯防水涂料等。缺点是施工工序复杂，

2、对施工环 境要求很高，漆膜容易产生弊病。单组分聚氨酯涂料主要有聚氨酯油涂料、潮气 固化聚氨酯涂料、封闭型聚氨酯涂料等品种。应用面不如双组分涂料广，主要用 于地板涂料、防腐涂料、预卷材涂料等，其总体性能不如双组分涂料全面。单组分水性聚氨酯涂料单组分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料，并以水为分散介质的一 类涂料。通过交联改性的水性聚氨酯涂料具有良好的储存稳定性、涂膜力学性能、 耐水性、耐溶剂性及耐老化性能，而且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近， 是水性聚氨酯涂料的一个重要发展方向。双组分聚氨酯涂料双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化 学品、耐候性好等优越性能，

3、广泛作为工业防护、木器家具和汽车涂料。双组分 聚氨酯涂料将双组分溶剂型聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量相结 合，成为涂料工业的研究热点。双组分聚氨酯涂料是由含一OH基的水性多元醇 和含一NCO基的低黏度多异氤酸酯固化剂组成，其涂膜性能主要由羟基树脂的组 成和结构决定。热固性聚氨酯涂料交联的聚氨酯能增加其耐溶剂性及水解稳定性。聚氨酯水分散体在应用时与 少量外加交联剂混合组成的体系叫热固化性水性聚氨酯涂料，也叫做外交联水性 聚氨酯涂料。使用交联剂主要有多官能团的氮丙炳、氨基树脂（三聚氯胺树脂） 或专用的环氧树脂等。采用氮丙町，一般用量为聚氨酯质量的3%-5%，就有很好 的交联膜生成。光固

4、化水性聚氨酯涂料光固化水性聚氨酯涂料采用电子束辐射、紫外光的高辐射会始低活性的预 聚物体系产生交联固化，以紫外光固化形式为主。先用不饱和聚酯和多元醇制备 预聚物，然后用常规的方法引进粒子基因，经亲水处理后制得在主链上带双键的 聚氨酯水分散体，再与易溶的高活性三丙烯酸烷氧基酯单体、光敏剂等助剂混合 得到光固化水性聚氨酯涂料。室温固化水性聚氨酯涂料对于某些热敏基材和大型制件，不能采用加热的方式交联，必须采用室温交 联的水性聚氨酯涂料。通过与水分散性多异氤酸酯结合，可以改进水性端羟基聚 氨酯预聚物/丙烯酸酯混合物，尤其是羟基丙烯酸酯混合物的性能。此类水性聚 氨酯涂料，采用特制的多异氤酸酯交联剂，即含

5、一NCO端基的异氤酸脂预聚物， 经亲水处理后分散于各种含羟基聚合物中而形成分散体，与多种含羟基聚合物水 分散体组成能在室温固化的聚氨酯水性涂料。环保型低芳烃聚氨酯涂料该涂料既可弥补水性涂料性能不足，保持溶剂型涂料的优异性能。又可减少 涂料对环境的影响。兼顾性能与环保性，较好地解决了这一问题。该涂料体系采 用气味小、毒性低的石油类的低极性溶剂为稀释剂。可显著减少对环境产生污染 的物质，如苯、二甲苯及有害废气污染物的排放量，作为溶剂体系涂料，它还具 有良好的涂膜及施工性能，在冬季低温条件下也可施工。此外，由于该涂料体系 中溶剂的溶解力低，不会产生侵蚀，因而易于重涂。并可用于喷涂易被溶剂侵蚀 的材料

6、。特点：优异的耐磨性优良的耐化学品和耐油性附着力强低温固化性能高装饰性能性能多样性，可调性。通过配方的改进，聚氨酯的涂膜可以做成高硬度的涂膜， 也可以制成柔韧性极好的弹性涂膜，大大加强了聚氨酯涂料的应用范围。耐高温、低温性。涂膜固化后无毒性。用途：飞机外壁涂料和木器涂料交通运输工具防腐蚀涂装机床及仪表仪器涂装塑料涂料聚氨酯涂料应用广泛，除上述用途外，丙烯酸聚氨酯可用作磁记录涂料、聚酯聚 氨酯作电绝缘涂料、透明弹性聚氨酯作防雾涂料、很好用树脂/多异氤酸酯湿固 化作带锈涂料等。总之，聚氨酯涂料可用于汽车行业、航空、海洋、建筑、塑料、 机电、石化等各个领域。聚氨酯粘合剂美国于1953年引进了聚氨酯胶

7、粘剂技术，同时开发以蓖麻油和聚醚多元醇 为原料的聚氨酯胶黏剂、聚酯型热塑性聚氨酯胶黏剂。1968年开发了无溶剂型聚 氨酯结构胶黏剂，成功地应用于汽车玻璃纤维增强塑料（FRP）部件的粘接。1978 年又开发了单组分湿固化型聚氨酯胶黏剂，并开始在汽车工业与建筑部门应用。 日本于1954年引进德国和美国技术，1960年生产聚氨酯材料，1966年开始生产聚 氨酯胶黏剂，开发成功乙烯类聚氨酯水性胶黏剂，并予1981年投入工业化生产。 目前日本聚氨酯胶黏剂的研究与生产十分活跃，并与美国、西欧一起成为聚氨酯 生产、出口大国。我国于1956年研制并生产三苯基甲烷三异氤酸酯（列克纳胶），很快又生产 了甲苯二异氤

8、酸酯（TDI）、双组分溶剂型聚氨酯胶黏剂，1966年后上海新光化工 厂将铁锚101聚氨酯胶黏剂开始投入生产，至今仍为我国，聚氨酯胶黏剂中产量 最大的品种。80年代以来陆续从国外引进许多先进的生产线和产品，其中需要 大 量进口的聚氨酯胶黏剂与其配套，因此，促进了国内研究单位加速聚氨酯胶黏剂 的开发，特别是在1986年以后，我国聚氨酯工业进入迅速发展时期。聚氨酯粘合剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团（一NHCOO）或异氤酸 酯基（一NCO）的胶粘剂。聚氨酯粘合剂分为多异氤酸酯和聚氨酯两大类。多异 氤酸酯分子链中含有异氤基（-NCO）和氨基甲酸酯基（-NH-COO-），故聚氨酯胶 粘剂表现出高度的活

9、性与极性。与含有活泼氢的基材，如led软灯条、泡沫、塑 料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料，以及金属、玻璃、橡胶、塑料 等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力。国内聚氨酯胶粘剂做的较好的有今 统、百庄等品牌的PU。聚氨酯胶粘剂的分类（1）按反应组成分类按反应组成可分为多异氤酸酯胶黏剂、含异氤酸酯基的 聚氨酯胶黏剂、含羟基聚氨酯胶黏剂和聚氨酯树脂胶黏剂。（2）按用途与特性分类按用途与特性分类可分为通用型胶黏剂、食品包装用 胶黏剂、鞋用胶黏剂、纸塑复合用胶黏剂、建筑用胶黏剂、结构用胶黏剂、超低 温用胶黏剂、发泡型胶黏剂、厌氧型胶黏剂、导电性胶黏剂、热熔型胶黏剂、压 敏型胶黏剂、封闭型胶黏剂、

10、水性胶黏剂以及密封胶黏剂等。无论哪种聚氨酯胶粘剂，都是体系中的异氤酸脂基团与体系内外含活泼氢的 物质发生反应，生成聚氨酯基团或者聚脲，从而使得体系强度大大提高而实现粘 接的目的。聚氨酯胶粘剂是正在迅猛发展的聚氨酯树脂中的一个重要组成部分，具有优 异的性能，在许多方面都得到了广泛的应用，是八大合成胶粘剂中的重要品种之 一。聚氨酯胶粘剂具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘合 领域，并具备优异的柔韧特性。聚氨酯胶粘粘剂具有优异的橡胶特性，能适应不同热膨胀系数基材的粘合， 它在基材之间形成具有软-硬过渡层，不仅粘接力强，同时还具有优异的缓冲、 减震功能。聚氨酯胶粘粘剂的低温和超低温性能

11、超过所有其他类型的胶粘剂。水性聚氨酯胶粘剂具有低VOC含量、低或无环境污染、不燃等特点，是聚氨 酯胶粘剂的重点发展方向。聚氨酯胶粘剂的多样性为许多粘接难题都准备了解决 的方法，且特别适用于其他类型胶粘剂不能粘接或粘接有困难的地方。此外，聚氨酯胶粘剂还具有韧性可调节、粘合工艺简便、极佳的耐低温性能 以及优良的稳定性等等特性。正是由于聚氨酯胶粘剂这种优良的粘接性能和对多 种基材的粘接适应性，使其应用领域不断扩大，在国内外近年来成为发展最快的 胶粘剂。聚氨酯胶粘剂的各种用途汽车用聚氨酯胶粘剂新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料，造成汽车用胶 粘剂和密封胶持续增长。在汽车上应用最为广泛的聚

12、氨酯胶粘剂主要有装配挡风 玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维增强塑料和片状模塑复合材料 的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。汽车内饰件也 是胶粘剂用量增长的一个领域。在过去相当长的一段时间内，我国汽车制造业一 直从国外进口聚氨酯挡风玻璃胶，直到“八五”期间，研制开发这种胶才被列入 国家重点科技攻关项目。汽车上应用广泛的水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水 或分散于水中而形成的胶粘剂。大多数水性聚氨酯是线性热塑性聚氨酯，由于其 涂膜没有交联，分子质量较低，因而耐水性、耐溶剂性、胶膜强度等性能还较差， 必须对其进行改性，以提高其性能。聚酯和丙烯酸的杂和分散体与脲二酮和异

13、氤 脲酸酯配合，制备的汽车修补清漆，不需要高速搅拌设备，容易混合在一起，具 有良好的粘附性能。木材用聚氨酯胶粘剂胶粘剂用量的多少，已成为衡量木材工业技术发展水平的标志。过去人们用 的木材胶粘剂多为以甲醛为主要原料的脲醛树脂，酚醛树脂和三聚氤氨甲醛树 脂，但由于游离的甲醛存在，产品使用期间会逐渐向周围散发甲醛气体，造成环 境污染。木材加工行业已开始将目光投向新型的环保胶粘剂聚氨酯胶，以期减少 对环境的污染。木工行业使用的单组分湿气固化聚氨酯胶粘剂是液态的，在室温 下使用。通常其粘接强度高、柔韧性和耐水性好，并能和许多非木基材(如纺织 纤维、金属、塑料、橡胶等粘接。单组分聚氨酯胶粘剂在测试中所表现

14、出的十、 湿强度均要好于酚醛胶粘剂。粘接前，在粘接基材表面涂布羟甲基间苯二酚(HMR) 偶合剂可以提高粘接强度，HMR可以加强所有的热固型木材胶粘剂的粘接强度。包装用聚氨酯胶粘剂软包装以其轻质方便、保鲜期长、卫生、易贮存运输、易拆开、垃圾量少 及货架效应良好等独特的综合性能，现已超过硬包装如塑料、玻璃瓶和罐等。聚 氨酯胶粘剂由于其优异的性能，可将不同性质的薄膜材料粘接在一起得到耐寒、 耐油、耐药品、透明、耐磨等各种性能的软包装用复合薄膜。目前在国内外市场 中，聚氨酯胶粘剂已经成为软包装用复合薄膜加工的主要胶粘剂。在国内胶粘剂 市场中，包装用复合薄膜制造业中，聚氨酯胶粘剂用量仅次于制鞋业而居第二

15、位。 用于包装的聚氨酯胶粘剂品种繁多，如水基聚氨酯胶粘剂、热熔型聚氨酯胶粘剂、 溶剂型聚氨酯胶粘剂、无溶剂型聚氨酯胶粘剂。其中常用的聚氨酯热熔胶又可分 为2类：1）热塑性聚氨酯弹性体热熔胶：2）反应型热熔胶。热塑性热熔胶的主要 缺点是粘度较高，故对涂布表观质量的影响较大。反应型聚氨酯热熔胶粘剂是在 传统热熔胶基础上发展起来的一类新型胶粘剂，它不仅有传统热熔胶初粘性好和 后固化性能优的特点，又具有聚氨酯的组成结构多变和性能调节范围大的优点， 对多种基材具有优良的粘接性能。另外，在包装用水性聚氨酯胶方面，由于乳化 剂的使用或分子中亲水性离子基团的引入，使其耐水性降低，近年来，对提高其 耐水性的研究

16、已成为热点。建筑用聚氨酯胶粘剂聚氨酯胶粘剂除具有无毒、无污染、使用方便等优点，还具有其它胶粘剂无 法比拟的优点，即优良的耐低温、耐溶剂、耐老化、耐臭氧及耐细菌性能，在建 筑铺装材料的应用中发挥着重要作用。广泛应用于弹性橡胶地垫、硬质橡胶地砖 和铺设塑胶跑道运动场中。新型双组分聚氨酯胶粘剂突破传统胶粘剂剪切强度与 剥离强度的矛盾，可使两者同时达到较高使用强度，在建筑用钢板的粘接中体现 出优异的性能，粘接牢固且不易产生形变，而且室温可调固化速度，使该聚氨酯 胶在使用上方便易行，应用广泛。聚氨酯胶粘剂在建筑用PVC材料粘接，夹心板 生产以及建筑防水涂料中都得到广泛使用。书籍装订用聚氨酯胶粘剂在书籍装

17、订中，热熔胶的应用已经获得了迅猛发展。其原因主要是低价平装 书生产有了惊人的增长，与此同时产生了无线装订工艺，由于EVA热熔胶具有很 好的粘接性和弹性，目前国内市场上使用的书籍装订热熔胶绝大部分为EVA型热 熔胶。但EVA型热熔胶价格昂贵，而且EVA型热熔胶具有记忆性等缺点。聚氨酯 热熔胶则可弥补以上缺陷，该胶粘剂生产工艺简单，成本低廉，胶粘剂的弹性、 韧性好，粘接强度高，胶粘剂可以反复熔化使用，产品利用率高。铁路建设上的应用轨道铺设（高铁工程技术的发展方向）用胶将以国产聚氨酯胶粘剂产品为主， 单轨每5米嵌入一个凸型挡台，每个挡台两边各需灌注聚氨酯胶粘剂约17.8kg,每 公里双轨无砟轨道建设

18、需聚氨酯灌封胶粘剂7吨以上。除了在铁路铺设方面外， 高速列车的生产对于聚氨酯胶粘剂的使用需求也大大增加，聚氨酯在车辆上承担 着玻璃粘接、地板粘接、嵌缝填充、密封防水等各种必不可少的作用，在车辆上， 按照动车组CRH3为基础，单节车厢用聚氨酯胶大约84升折算约合为109千克，主 要应用于车窗玻璃的粘接密封及部分填充部位的密封。聚氨酯涂料与粘合剂的相互转化单组分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料，并以水为分散介质的一 类涂料。通过交联改性的水性聚氨酯涂料具有良好的储存稳定性、涂膜力学性能、 耐水性、耐溶剂性及耐老化性能，而且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近， 是水性聚氨酯涂料的一个重要发展方

19、向。双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化 学品、耐候性好等优越性能，广泛作为工业防护、木器家具和汽车涂料。双组分 聚氨酯涂料将双组分溶剂型聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量相结 合，成为涂料工业的研究热点。双组分聚氨酯涂料是由含一OH基的水性多元醇 和含一NCO基的低黏度多异氤酸酯固化剂组成，其涂膜性能主要由羟基树脂的组 成和结构决定。交联的聚氨酯能增加其耐溶剂性及水解稳定性。聚氨酯水分散体在应用时与 少量外加交联剂混合组成的体系叫热固化性水性聚氨酯涂料，也叫做外交联水性 聚氨酯涂料。使用交联剂主要有多官能团的氮丙炳、氨基树脂或专用的环氧树脂 等。采用氮丙

20、町，一般用量为聚氨酯质量的3%-5%，就有很好的交联膜生成。无溶剂型聚氨酯胶粘剂有双组分型和单组分型两种。双组分型其主剂和固化 剂在室温下的粘度较高，但仍具有流动性，是半固态物质。当要进行复合时，主 剂和固化剂按比例混合，放到具有加热保温功能的胶盘里，升温到50-6OC，使 粘度降低一些，然后通过具有加热保温功能的凹版辊涂到基材上去。涂胶后不必 经烘道加热干燥，因为它本身没有任何溶剂，直接就可与另一基材进行复合。使 用无溶剂型胶粘剂不存在废气排放问题，不需要庞大复杂的加热鼓风和废气处理 装置，设备简单，原料节省，能耗减少，维持费用低廉，生产速度提高，所以效 益非常显著。目前大部分普通复合薄膜包

21、装材料都可以用无溶剂型胶粘剂进行生 产，甚至耐121C高温蒸煮的高档复合薄膜包装材料也可用此法制造。聚氨酯胶粘剂与其他聚氨酯胶粘剂一样，具有卓越的低温性能、低的固化温 度、优良的柔性、耐冲击性、对许多材料的浸润性和粘接性。它常用于要求常温、 快速固化以及柔软性的场合，特适用于粘接具有不同膨胀系数的异种材料。软质和改性聚氯乙烯是近年来化学鞋的主要材料之一，聚氨酯胶粘剂具备粘 接该类材料的功能。它不仅具有氯丁胶粘剂那样的广泛适用性以及优良的弹性、 柔软性和耐屈挠性能，且具有比后者更优良的耐水、耐油脂和耐热性能。此外， 聚氨酯胶粘剂尚能粘接一般胶粘剂难以胜任的制鞋材料，例如耐磨性卓越的微孔 聚氨酯弹

22、性体、泡沫材料和合成革、耐油及抗汽油性优良的氤基橡胶、热塑性橡 胶这些材料已广泛作为鞋底材料应用于制鞋工业。聚氨酯制品的变黄与其分子结构中大冗键共轭体系的存在有关，大兀键结构 越多，则颜色越深。通常，聚氨酯是以芳香族异氤酸酯如二苯基甲烷一4,4 - 二异氤酸酯、甲苯二异氤酸酯(TDI)为原料。这类聚氨酯分子结构中苯环邻近存 在氮原子，在紫外光促进下会生成醌式结构而变色。脂肪族或脂环族二异氤酸酯 的主链为饱和结构，不含双键，难以形成大冗键结构。据文献报道，耐变黄鞋用 聚氨酯胶粘剂主要用己二异氤酸酯和异佛尔酮二异氤酸酯制备。共混改性将0.1%20%的聚甲基丙烯酸甲酯与聚氨酯胶粘剂在混合溶剂中混容，

23、混 合溶剂由甲苯、丙酮、丁酮和醋酸乙酯组成，提高了聚氨酯胶粘剂的拉伸强度和 初粘性。以21.0份聚己二酸一1，4一丁二醇与39.69份MDI的配比投料，反应后 制得预聚体。聚己二酸一1，6己二醇一功I的聚氨酯加人叔丁基苯酚-甲醛树 脂，添加量10%，制成高初粘性的聚氨酯胶粘剂。以线性羟基聚氨酯12份、丙酮 65份、石脑油12份、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物1份、己二酸0.1份、氯化橡胶0.9 份组成主剂，固化剂采用三苯基甲烷三异氤酸酯，制得的聚氨酯胶粘剂具有很高 的初粘性。在聚氨酯胶粘剂中添加0.01份结品的成核剂。因在胶中获得大的粒状 结构而使胶粘剂的初粘强度和热稳定性能得到改进。在聚氨酯胶液中添

24、加1 %的 三氯化铁能提高粘合强度和耐热性能。添加增粘剂改性聚氨酯涂料可通过各种增粘树脂进行改性，分别加入聚氨酯中观察其胶接初 粘性。在材料的表面上附着一层新的表面，这层新的表面对胶粘剂有良好的“润 湿”和“亲合”作用，在材料表面和胶粘剂之间起了 “桥”的过渡作用，使其表 面的“可粘接性”增强，提高了鞋用胶的粘合强度和耐久性。清洗剂型主要是由有机溶剂配制而成的，通常的有机溶剂是甲苯、丁酮、 丙酮、环己酮、二氯甲烷、四氢呋喃、甲醇等。视材料性质和不同溶剂的挥发速 度，按一定比例配制而成。环化剂型将合成橡胶置于浓硫酸中浸渍515min，取 出后水洗干燥。这时，表面形成的极细裂纹有助于在粘合时产生“

25、咬合”和“投 锚”效果。卤化剂型对于聚烯烃类鞋用材料来说，采用通常方法很难进行表面处理，可 采用卤化剂将其材料表面卤化，使表面层的形态和结构发生变化，同时增加极性。 这样可使胶粘剂与材料界面有良好的润湿性，继而形成牢固的化学键。胶的稀释液用甲苯、丁酮、丙酮等溶剂配成混合液，将胶粘剂稀释到3%5% 的浓度，作为材料的底涂剂（处理剂）。接枝聚合物型将SBS、SBR类聚合物接枝上单体（甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸 等），制成聚合物的接枝液，再用混合溶剂稀释成底涂剂。主要用于热塑性弹性 体（TPR）、橡塑鞋底的处理。混合型以各种胶粘剂的混合液或者被粘材料的溶液与胶液的混合液作底涂 剂。等离子体处理法这是一种新近发展起来的橡胶与塑料的表面改性法。把橡胶 或塑料置于低压气体的辉光放电空间中，电离气体，等离子体中的活性化学物质 通过与材料表面的接触形成与材料本身能完全不同的极薄层，特别是被称为 CASIG的处理方法可使碳氢高分子材料