專利名稱：一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑的制備方法，屬于精細化工領域。
背景技術：
聚氨酯粘合劑40年代在德國商品化，半個多世紀以來由于聚氨酯化學基礎、聚氨酯制備、應用技術的不斷進步和應用領域的不斷開拓，聚氨酯膠粘劑得到廣泛應用。在聚氨酯主鏈或側鏈上引入帶電荷的離子基團或親水的非離子鏈段，制成的帶電荷的離聚體或親水鏈段，它能在水中乳化或者自發的分散在水中得到水性聚氨酯，其以水為介質，無毒、無污染日益受到人們的青睞。聚氨酯粘合劑因其主體樹脂大分子上含有大量極性基團和活性反應基團，可對多種基材(如塑料、金屬、木材、玻璃等)有良好的粘合性。聚氨酯原料和助劑種類繁多，因而所合成的聚氨酯粘合劑性能差異很大，能滿足不同基材的粘結和使用要求。特別是聚氨酯粘合劑還有一些特殊的特點，如極好的耐寒性、耐油性、耐磨性和柔軟性等。合成水性聚氨酯的異氰酸酯主要包括脂肪族異氰酸酯和芳香族異氰酸酯，異氰酸酯構成聚氨酯的硬段，其對水性聚氨酯性能有很大的影響。目前市面上較具代表性的水性聚氨酯所采用的異氰酸酯原料為甲苯二異氰酸酯(TDI)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，前者對應聚氨酯在合成和使用過程中容易產生黃變，不宜做淺色涂層膠或透明印刷用膠，后者對應的聚氨酯綜合性能較好但其價格比較昂貴。大分子多元醇是合成聚氨酯的另一重要原料，其中聚醚多元醇價格相對低廉其對應的水性聚氨酯產品粘合性屬中等，但耐水性能良好；聚酯多元醇價格相對較高其對應水性聚氨酯產品粘合性好，但耐水解性差；聚碳酸酯多元醇對應產品綜合性能最佳，但其價格高。石油是目前生產大分子多元醇的基礎原料，石油屬于不再生資源，其供給量日益緊張且價格飛漲。所以開發一種采用對石油依賴程度低的大分子多元醇生產性能良好的水性聚氨酯粘合劑的技術具有十分現實的意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有良好的粘合性和耐水性，綜合應用性能好的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑及其制備方法。本發明涉及的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，包括以下組分及質量份數
聚碳酸亞丙酯多元醇二異氰酸酯催化劑
離子型擴鏈劑非離子擴鏈劑硅烷偶聯劑中和劑
10 ‘ 1 1 0 1
0. 5
㈣份份份份份份心 O 2 5 2 8 4 O 3 . - -
101 O ι ι ι I助劑100 150份。其中，所述的聚碳酸亞丙酯多元醇為聚碳酸亞丙酯二元醇；
所述的二異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯TDI、4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、1，6-己二異氰酸酯HDI、二環己基甲烷二異氰酸酯HMDI中的任意一種；
所述的催化劑為二月桂酸二丁基錫；
所述的離子型擴鏈劑包括二羥甲基丙酸或1，2_ 二羥基-3-丙磺酸；
所述的非離子擴鏈劑包括1，4-丁二醇、1，6-己二醇、乙二胺、二乙烯三胺中的任意一
種；
所述的硅烷偶聯劑包括Y -氨丙基三乙氧基硅烷ΚΗ-550、Ν- β -氨已基-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷602、3_縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷ΚΗ-560中的任意一種； 所述的中和劑包括三乙胺或氨水；
所述的助劑包括有機溶劑和去離子水，所述有機溶劑包括丙酮或N甲基吡咯烷酮。本發明涉及的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑的制備方法，包括以下步驟
(1)將計量的聚碳酸亞丙酯多元醇加入反應釜中，100°c抽真空脫水1小時，降溫至 40 0C ；
(2)將計量的二異氰酸酯、離子型擴鏈劑和催化劑加入反應釜中，并于40 80°C下反應1 4小時；
(3)將計量的非離子擴鏈劑加入反應釜中，反應釜升溫至70 85°C，反應2 5小時；
(4)反應釜降溫至5 30°C，向反應釜中加入計量的硅烷偶聯劑攪拌反應15-45min；
(5)反應釜升溫至40°C，向反應釜中加入計量的中和劑攪拌中和15min，加入助劑進行強烈攪拌乳化15-30min ；
(6)出料、包裝，即得產品。本發明采用二氧化碳和環氧丙烷的聚合產物聚碳酸亞丙酯多元醇制備水性聚氨酯粘合劑，因聚碳酸亞丙酯多元醇的易水解性其對應的水性聚氨酯粘合劑的耐水解性也相對較差，所制備的水性聚氨酯粘合劑Irnm厚度的膠膜置于水中浸泡Mh，吸水率為25%。本發明采用KH-550或602等硅烷偶聯劑對聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯進行改性或者拼混應用可以顯著提高產品的耐水解性，所制備的水性聚氨酯粘合劑Imm厚度膠膜，置于水中浸泡Mh，吸水率為8%，Imm厚度膠膜拉伸強度7. 85MPa、膠膜斷裂伸長率為17. 73%。采用本發明制備的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑應用于木材、玻璃和織物等基材的粘合，具有良好的粘合性和耐水性，綜合應用性能好。
具體實施例方式實施例1:
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水lh， 降溫至40°C ；
(2)將18.5g的異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、2. 3g 二羥甲基丙酸和0. 2g催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應體系，攪拌均勻后，升溫至80°C，保溫反應池；(3)在反應釜中加入1.03g乙二胺擴鏈30min ；
(4)反應釜降溫至30°C，加入6.5g的Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550攪拌反應 30min ；
(5)反應釜降溫至40°C，加入1.74g三乙胺進行中和攪拌15min，加入130g去離子水進行強烈攪拌乳化15min ；
(6)出料、包裝，即得產品。實施例2:
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水lh， 降溫至40°C ；
(2)將16.62g甲苯二異氰酸酯、3. 75g的二羥甲基丙酸和0. Ig催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，升溫至70°C保溫反應池，在反應過程根據體系粘度的增加，補充20g丙酮調節反應體系的粘度；
(3)向反應釜中加入1.54g的1，4- 丁二醇擴鏈，反應釜升溫至80°C反應2小時；
(4)降溫至20°C，加入4.98g的N-β-氨已基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷602反應 30min ；
(5)反應釜升溫至40°C，向反應釜中加入2.83g三乙胺進行中和攪拌15min，加入130g 去離子水進行強烈攪拌乳化15min ；
(6)真空蒸餾，脫除有機溶劑，出料、包裝，即得產品。實施例3:
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水lh， 降溫至40°C ；
(2)將24.88g的4，4，- 二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、4. 02g的1，2- 二羥基-3-丙磺酸和0. 15g 二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，升溫至70°C保溫池，在反應過程根據體系粘度的增加，補充30g的N甲基吡咯烷酮調節反應體系的粘度；
(3)在反應釜中加入2.7g的1，6-己二醇，反應釜升溫至80°C反應2小時；
(4)降溫至5 30°C，加入3g的3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷KH-560反應 30min ；
(5)反應釜升溫至40°C，向反應釜加入3.03g氨水進行中和攪拌15min，加入120g去離子水進行強烈攪拌乳化15min ；
(6)真空蒸餾，脫除有機溶劑，出料、包裝，即得產品。實施例4:
(1)將IOOg分子量2000的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水lh， 降溫至40°C ；
(2)在反應釜中加入27.5g的1，6_己二異氰酸酯HDI、4. Ig的二羥甲基丙酸和0. Ig 二月桂酸二丁基錫，升溫至70°C保溫池，在反應過程根據體系粘度的增加，補充IOg丙酮調節反應體系的粘度；
(3)在反應釜中加入2.6g 二乙烯三胺擴鏈，反應釜升溫至80°C反應2小時；
(4)降溫至25°C，加入7g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550反應30min ；
(5)反應釜升溫至40°C，在反應釜加入3.08g三乙胺進行中和攪拌15min，加入IOOg去離子水進行強烈攪拌乳化15min ；
(6)真空蒸餾，脫除有機溶劑，出料、包裝，即得產品。實施例5:
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水lh， 降溫至40°C ；
(2)將30g甲苯二異氰酸酯、5g的二羥甲基丙酸和0.2g 二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，升溫至80°C保溫反應4h，在反應過程根據體系粘度的增加，補充20g丙酮調節反應體系的粘度；
(3)向反應釜中加入2g的1，4-丁二醇擴鏈，反應釜升溫至85°C反應5小時；
(4)降溫至30°C，加入8g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550反應45min ；
(5)反應釜升溫至40°C，向反應釜中加入4g三乙胺進行中和攪拌15min，加入130g去離子水進行強烈攪拌乳化30min ；
(6)真空蒸餾，脫除有機溶劑，出料、包裝，即得產品。實施例6:
(1)將IOOg分子量2000的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水lh， 降溫至40°C ；
(2)將IOg的4，4，-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、Ig的1，2- 二羥基-3-丙磺酸和0. Ig 催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，升溫至40°C保溫反應lh，在反應過程根據體系粘度的增加，補充IOg N甲基吡咯烷酮調節反應體系的粘度；
(3)向反應釜中加入0.5g的乙二胺擴鏈，反應釜升溫至70°C反應2小時；
(4)降溫至5°C，加入Ig的Ν-β-氨已基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷602反應 15min ；
(5)反應釜升溫至40°C，向反應釜中加入0.5g氨水進行中和攪拌15min，加入90g去離子水進行強烈攪拌乳化15min ；
(6)真空蒸餾，脫除有機溶劑，出料、包裝，即得產品。
權利要求
1.一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，該粘合劑包括以下組分及質量份數聚碳酸亞丙酯多元醇100份二異氰酸酯10 30份催化劑0. 1 0. 2份離子型擴鏈劑1 5份非離子擴鏈劑0 2份硅烷偶聯劑1 8份中和劑0. 5 4份助劑100 150份。
2.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述聚碳酸亞丙酯多元醇為聚碳酸亞丙酯二元醇。
3.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述二異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯TDI、4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、1，6-己二異氰酸酯HDI、二環己基甲烷二異氰酸酯HMDI中的任意一種。
4.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述催化劑為二月桂酸二丁基錫。
5.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述擴鏈劑包括非離子擴鏈劑和離子型擴鏈劑，所述離子型擴鏈劑包括二羥甲基丙酸或1，2_ 二羥基-3-丙磺酸；所述非離子擴鏈劑包括1，4- 丁二醇、1，6-己二醇、乙二胺、二乙烯三胺中的任意一種。
6.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述硅烷偶聯劑包括Y -氨丙基三乙氧基硅烷ΚΗ-550、Ν- β -氨已基-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷602、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷ΚΗ-560中的任意一種。
7.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述中和劑包括三乙胺或氨水。
8.根據權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑，其特征是所述助劑包括有機溶劑和去離子水，所述有機溶劑包括丙酮或N甲基吡咯烷酮。
9.一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑的制備方法，包括以下步驟(1)將計量的聚碳酸亞丙酯多元醇加入反應釜中，100°c抽真空脫水1小時，降溫至 40 0C ；(2)將計量的二異氰酸酯、離子型擴鏈劑和催化劑加入反應釜中，并于40 SOoC下反應1 4小時；(3)將計量的非離子擴鏈劑加入反應釜中，反應釜升溫至70 85oC，反應2 5小時；(4)反應釜降溫至5 30oC，向反應釜中加入計量的硅烷偶聯劑攪拌反應15-45min；(5)反應釜升溫至40°C，向反應釜中加入計量的中和劑攪拌中和15min，加入助劑進行強烈攪拌乳化15-30min ；(6)出料、包裝，即得產品。
全文摘要
本發明涉及的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑及其制備方法，采用二氧化碳和環氧丙烷的聚合物--聚碳酸亞丙酯多元醇、擴鏈劑和多異氰酸酯制備水性聚氨酯粘合劑，并通過硅烷偶聯劑的改性或拼混使用改善產品的耐水性。該發明的水性聚氨酯粘合劑由下列成分(a)和(b)預聚經(c)和(d)擴鏈通過(e)改性或混合得到(a)10-30份芳香族二異氰酸酯；(b)100份聚碳酸亞丙酯多元醇；(c)1-5份可形成親水性基團具有活性氫的擴鏈劑；(d)0-2份的具有活性氫擴鏈劑；(e)1-8份硅烷偶聯劑。本發明制備的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯粘合劑對木材、玻璃、織物具有良好的粘合性能，且耐水解性好。
文檔編號C09J175/04GK102241956SQ201110180538
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者徐玉華 申請人:江蘇中科金龍化工有限公司