3.3.4聚氨酯胶黏剂 (2).ppt

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1、第第3 3章章 合成胶黏剂合成胶黏剂3.3.43.3.4 聚氨酯聚氨酯胶黏剂胶黏剂w聚氨酯（聚氨酯（PU)胶黏剂是以异氰酸酯和聚氨基甲酸酯为主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、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

2、成胶黏剂的重要塑料、皮革、陶瓷、玻璃的呢过，是合成胶黏剂的重要品种。品种。w 1.聚氨酯胶黏剂的特点聚氨酯胶黏剂的特点w（1）优点）优点w 聚氨酯胶黏剂因含有极性很强、化学活泼性很高的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、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。接力。w调节聚氨酯树脂的配方可控制分子链中软缎与硬段调节聚氨酯树脂

3、的配方可控制分子链中软缎与硬段w比例及结构，制成不同硬度和伸长率的胶黏剂。比例及结构，制成不同硬度和伸长率的胶黏剂。w可加热固化，也可以室温固化。可加热固化，也可以室温固化。w固化属于加聚反应，没有副产物产生，因此不易使固化属于加聚反应，没有副产物产生，因此不易使胶合层产生缺陷。胶合层产生缺陷。w低温和超低温性能特别优良，超过所有其他类型的胶低温和超低温性能特别优良，超过所有其他类型的胶黏剂。其胶合层可在黏剂。其胶合层可在-196，甚至，甚至-253下使用。下使用。w具有良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、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。耐臭氧及防

4、霉菌等性能。w（2）缺点）缺点w在高温、高湿下易水解而降低胶合强度。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粘剂的分类w聚氨酯胶黏剂的类型和品种很多，其分类方法也很多，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。等方法分类。（1）按照反应组分进行分类）按照反应组分进行分类 w 多异氰酸酯胶黏剂多异氰酸酯胶黏剂 （单体胶粘剂）（单体胶粘剂）w 含异氰酸酯基含异氰酸酯基聚氨酯聚氨酯胶黏剂胶黏剂 w 主要组成含异氰酸酯基主要组成含异氰酸酯基聚氨酯预聚体，多聚氨

5、酯预聚体，多异氰酸酯和异氰酸酯和多羟基化合物的反应生成物。是多羟基化合物的反应生成物。是聚氨酯聚氨酯胶黏剂胶黏剂中最重要的中最重要的一部分，有一部分，有单组分单组分、双组分双组分、溶剂型溶剂型、无溶剂型等类型。、无溶剂型等类型。（1）按照反应组分进行分类）按照反应组分进行分类w 含羟基聚氨酯胶黏剂含羟基聚氨酯胶黏剂 w含羟基含羟基的线型的线型聚氨酯聚合物，由聚氨酯聚合物，由二二异氰酸酯异氰酸酯与与二官能度二官能度的聚酯或聚醚反应生成。的聚酯或聚醚反应生成。w属属双组分双组分胶黏剂胶黏剂（3）按照组分进行分类）按照组分进行分类 w 单组分聚氨酯胶黏剂单组分聚氨酯胶黏剂ww双组分聚氨酯胶黏剂双组分

6、聚氨酯胶黏剂 （API、醇醇+预聚体）预聚体）第一节第一节 聚氨酯聚氨酯胶黏剂胶黏剂的原料的原料w无论是异氰酸酯胶黏剂，还是聚氨基甲酸酯胶黏剂，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。都需要异氰酸酯单体。异氰酸酯异氰酸酯（Isocyanate）是一大类）是一大类含有异氰酸基（含有异氰酸基（N=C=O）的有机化合物。异氰酸酯基由）的有机化合物。异氰酸酯基由于其累积于其累积双键双键和碳原子两边的和碳原子两边的电负性很大电负性很大的氮氧原子作的氮氧原子作用，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。物质发生

7、反应。1.异氰酸酯异氰酸酯w常用的异氰酸酯主要有芳香族类和脂肪类两种。常用的异氰酸酯主要有芳香族类和脂肪类两种。芳香芳香族类族类的主要有：的主要有：TDI（2,4甲苯二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯或2,6甲苯甲苯二异氰酸酯）、二异氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷（二苯基甲烷-4,4二异氰酸酯）、二异氰酸酯）、NDI（1,5萘二异氰酸酯）、萘二异氰酸酯）、PAPI（多亚甲基多苯基多（多亚甲基多苯基多异氰酸酯）等；异氰酸酯）等；w脂肪族类脂肪族类的主要有：的主要有：HDI（六亚甲基二异氰酸酯）、（六亚甲基二异氰酸酯）、HMDI（二环己基甲烷（二环己基甲烷-4,4-二异氰酸酯）、二异氰酸酯）、IPDI（异（

8、异佛尔酮二异氰酸酯）等。佛尔酮二异氰酸酯）等。w由于由于TDI价格较低而且在价格较低而且在2,4甲苯二异氰酸酯甲苯二异氰酸酯中两个中两个不同位置的不同位置的异氰酸根异氰酸根活性活性差异很大，有利于化学反应中差异很大，有利于化学反应中的分子设计，应用较为广泛。的分子设计，应用较为广泛。wMDI比比TDI制备的制备的异氰酸酯异氰酸酯具有较高的模量和撕裂强度，具有较高的模量和撕裂强度，因为因为MDI对称，产生结构规整有序的相区结构。对称，产生结构规整有序的相区结构。w芳香族异氰酸酯芳香族异氰酸酯制备的制备的聚氨酯聚氨酯，由于具有刚性的，由于具有刚性的芳环芳环，硬段硬段内聚能增大，其强度比来自内聚能增

9、大，其强度比来自脂肪族脂肪族的的异氰酸酯异氰酸酯生生产的产的聚氨酯聚氨酯大，并且抗氧化性能也好。大，并且抗氧化性能也好。w异氰酸酯异氰酸酯根据对动物实验以及对人的作用，将其归类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。于危害性物料，在运输规范中也被视为危险品。2.聚酯多元醇聚酯多元醇w大部分为二官能度。大部分为二官能度。w一般要求酸值为一般要求酸值为0.30.5mgKOH/g为宜。为宜。w聚酯多元醇易于吸湿，贮运应避免大气中水分进入。聚酯多元醇易于吸湿，贮运应避免大气中水分进入。w为了减少可逆反应，温度不应超过为了减少可逆反应，温度不应超过120。3.聚醚

10、多元醇聚醚多元醇w是是端羟基端羟基的齐聚物，主链上的烃基由醚键连接。的齐聚物，主链上的烃基由醚键连接。w是以是以低分子量低分子量的多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物的多元醇、多元胺或含活泼氢的化合物为起始剂，与为起始剂，与氧化烯烃氧化烯烃在催化剂作用下开环聚合而成。在催化剂作用下开环聚合而成。4.催化剂催化剂w主要需用主要需用NCO/OH反应催化剂和反应催化剂和NCO/H2O反应催化剂。反应催化剂。w（1）有机锡类催化剂：有机锡类催化剂：w此类催化剂催化此类催化剂催化NCO/OH反应比催化反应比催化NCO/H2O反应强，反应强，聚氨酯胶黏剂制备时大多采用此类催化剂。聚氨酯胶黏剂制备时大多采用此类

11、催化剂。w（2）叔胺类催化剂：叔胺类催化剂：w此类催化剂对此类催化剂对促进与水的反应促进与水的反应特别有效。特别有效。w一般用于制备聚氨酯泡沫塑料，发泡型聚氨酯胶黏剂以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。及低温固化型、潮气固化型聚氨酯胶黏剂。5.溶剂溶剂w为了调整聚氨酯胶黏剂的黏度，便于工艺操作，在聚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，经常要采用氨酯胶黏剂的制备或使用过程中，经常要采用溶剂溶剂。w聚氨酯胶黏剂聚氨酯胶黏剂用的用的有机溶剂有机溶剂必须是必须是“氨酯级溶剂氨酯级溶剂”，基基本上不含水、醇等活泼

12、氢的化合物。本上不含水、醇等活泼氢的化合物。w聚氨酯胶黏剂用的聚氨酯胶黏剂用的溶剂纯度溶剂纯度比一般工业品比一般工业品高高。w聚氨酯胶黏剂采用的溶剂通常包括酮类（如甲乙酮、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。丙酮）、芳香烃（甲苯）、二甲基甲酰胺、四氢呋喃等。w溶剂溶剂的选择可根据聚氨酯分子与溶剂的的选择可根据聚氨酯分子与溶剂的溶解原则溶解原则：w溶度参数相近溶度参数相近、极性相似极性相似以及溶剂本身的挥发速度等因以及溶剂本身的挥发速度等因素来确定。素来确定。聚氨酯胶黏剂常用溶剂物理性质聚氨酯胶黏剂常用溶剂物理性质溶溶剂剂溶度参数溶度参

13、数SP沸点，沸点，相对密度相对密度折射率折射率甲苯甲苯8.85110.60.8661.4967二甲苯二甲苯8.79135-1450.860丙酮丙酮9.4156.50.78991.3591甲乙酮甲乙酮9.1979.60.80611.3790环己酮环己酮10.05155.60.94781.4507四氢呋喃四氢呋喃9.1566.00.88921.4070二氧六环二氧六环10.24101.11.03291.4175二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺12.09153.00.94451.4269注：聚氨酯注：聚氨酯溶度参数溶度参数SP为为10。第二节第二节 聚氨酯的胶接机理聚氨酯的胶接机理w对对固体材料固体材料进行

14、粘接必须满足进行粘接必须满足下列条件下列条件：w（1）接触角尽可能小，到达完全润湿；接触角尽可能小，到达完全润湿；w（2）对基材表面进行必要处理，清除对基材表面进行必要处理，清除“弱界面层弱界面层”，并赋予适当的粗糙度。并赋予适当的粗糙度。（1）金属、玻璃、陶瓷等胶接）金属、玻璃、陶瓷等胶接w金属、玻璃等物质表面张力很高，属于高能表面，金属、玻璃等物质表面张力很高，属于高能表面，w其表面含有其表面含有吸附水吸附水、羟基及其他、羟基及其他极性极性基团，异氰酸酯能基团，异氰酸酯能与吸附水和羟基等活性点反应形成共价键。与吸附水和羟基等活性点反应形成共价键。w 同时异氰酸酯胶黏剂中的氨基甲酸酯基、取代

15、脲基等同时异氰酸酯胶黏剂中的氨基甲酸酯基、取代脲基等极性极性基团，也会与这些基材表面上的极性基团形成第二类基团，也会与这些基材表面上的极性基团形成第二类化学键。化学键。w 除此之外，除此之外，金属金属还能与还能与芳香族芳香族异氰酸酯基的苯环形成异氰酸酯基的苯环形成配位键。配位键。（2）橡胶、塑料的胶接）橡胶、塑料的胶接 w 树脂中的树脂中的溶剂溶剂会一定程度地溶涨橡胶和塑料的表面，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。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

16、类塑料、）酰胺基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（聚酰胺塑料）等极性极性基团，或者基材表面被氧化而含有基团，或者基材表面被氧化而含有羰基、羟基等羰基、羟基等极性极性基团，这些基团的存在也会与异氰酸酯基团，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。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）织物、木材等的胶接 w这一类基材具有一定的这一类基材具有一定的吸湿率吸湿率，并常含有醚键、酯键，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

17、学键；基材的反应形成牢固的氨酯基和脲基等化学键；基材的极性极性基基团与胶中的团与胶中的极性极性基团形成氢键。基团形成氢键。ww另外，这些基材都是另外，这些基材都是多孔性材料多孔性材料，胶黏剂容易渗入，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。成牢固的胶接。w 总的来说，总的来说，聚氨酯胶接机理可以总结聚氨酯胶接机理可以总结为：为：w（1 1）异氰酸酯基与基材活泼氢反应形成化学键胶接；异氰酸酯基与基材活泼氢反应形成化学键胶接；（2 2）异氰酸酯树脂与基材含氧、氮等的大极性基团形异氰酸酯树脂与基材含氧、氮等的大极性基团形成氢键结合；成氢键结合；w（3 3）在多孔材料中形成机械胶接；在多孔材料中形成机械胶接；w（4 4）在橡胶和部分塑料形成过渡层胶接。在橡胶和部分塑料形成过渡层胶接。胶层胶层基材基材胶层胶层过渡层过渡层基材基材异氰酸酯化学键胶接机理示意图异氰酸酯化学键胶接机理示意图 异氰酸酯机械胶接异氰酸酯机械胶接（左）和（左）和过渡层胶接过渡层胶接（右）机理示意图（右）机理示意图思考题思考题w1.聚氨酯结构对性能影响聚氨酯结构对性能影响。w2.聚氨酯胶黏剂固化及胶接机理聚氨酯胶黏剂固化及胶接机理。w3.API胶黏剂的特点。胶黏剂的特点。