[發明專利]一種水性聚氨酯和含水性聚氨酯膠粘劑及其應用

無效

• 申請號: 200810242789.6
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101456942A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 項尚林
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C08G18/76
• 分類號: C08G18/76;C08G18/66;C08G18/12;C09J175/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種水性聚氨酯和含水性聚氨酯膠粘劑及其應用，尤其涉及一種軟包裝用低成本高固含量低粘度的水性聚氨酯和含水性聚氨酯膠粘劑及其制備方法。

背景技術

包裝是膠粘劑和膠接技術應的重要領域，膠粘劑和膠技術在包裝工業中起著重的作用，甚至決定了包裝質量的好壞。隨著食品工業的發展，軟包裝越來越被人們所重視。軟包裝的質量又與所用的膠粘劑密切相關，而聚氨酯膠粘劑由于其優異的性能，可以得到耐寒、耐油、耐藥品、透明、耐磨等各種性能的軟包裝材料，所以在軟包裝用膠粘劑方面占有重要的地位。聚氨酯膠粘劑分為雙組分和單組分。單組分聚氨酯膠粘劑一般由端異氰酸酯基預聚物或其封閉物組成，通過與含活潑氫組分或空氣中的水分反應固化而產生粘合力；雙組分聚氨酯膠粘劑由端羥基組分(聚酯或聚醚多元醇或它們與二異氰酸酯、擴鏈劑一起形成的聚氨酯型端羥基產物)與端異氰酸酯基組分組成。端羥基為聚酯多元醇時，有較高的耐熱性、粘接強度、耐油性和抗氧化性，但耐水解穩定性較差：端羥基組分為聚醚多元醇時，有較好的柔韌性、耐低溫性和耐水性，但強度和耐老化性較差。

目前聚氨酯膠粘劑以溶劑型為主，所用有機溶劑易燃、易爆、易揮發、氣味大、有毒，使用時造成污染帶來公害。隨著很多國家、部門頒布法令限制揮發性有機化合物(VOC)的使用，開發無公害膠粘劑，包括水性聚氨酯膠粘劑、無溶劑型聚氨酯膠粘劑以及熱熔型聚氨酯膠粘劑代替有毒的溶劑型聚氨酯膠粘劑成為當前聚氨酯膠粘劑發展的主要方向。

水性聚氨酯以水為分散介質，具有無毒、安全、不污染環境、不燃，較好的粘接強度、硬度及附著力等優點，符合綠色工業的發展要求，目前已被廣泛應用于粘合劑、涂料、皮革涂飾劑等領域，得到國內外的重視。

軟包裝用水性聚氨酯膠粘劑，除了需保持聚氨酯的粘接強度高、熱封性能好以外，針對水性聚氨酯以水為分散介質以及水性聚氨酯膠粘劑涂復工藝的特點，還需提出一些特殊的要求，如要求水性聚氨酯膠粘劑低粘度、高固含量、低成本；要求具有好的耐水性和流平性等。

美國專利USP6,235,384提出了一種適用于柔性干式軟包裝用高固含量的水性聚氨酯膠粘劑的制備方法，用聚氧化丙烯二元醇和己二酸/己二醇/間苯二甲酸等合成的聚酯二元醇復配原料及(四甲基苯二亞甲基)二異氰酸酯，有親水基團的二羥甲基丙酸，反應得聚氨酯預聚體，加入含有氨的水中分散，分散體加入乙二胺和乙醇胺交聯，在復膜前加入氮丙啶作外交聯劑，采用的是內、外交聯并用，達到使用要求。但由于水的表面張力達到7.3×10^-4N/cm，而薄膜的表面張力為(3～4)×10^-4N/cm，因為表面張力小的液體才能很好潤濕表面張力大的被粘體表面，故不加處理的話，水性聚氨酯膠粘劑在薄膜上的流平性一般較差，而流平性的好壞直接影響軟包裝的表觀質量，這些在該專利中未曾提出；另外該專利使用的主要原料之一-異氰酸酯為(四甲基苯二亞甲基)二異氰酸酯，其價格是甲苯二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯的二倍左右，致使水性聚氨酯膠粘劑的成本較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服水性聚氨酯膠粘劑表面張力大、成本高、高固含量而低粘度等問題而提出一種水性聚氨酯和含水性聚氨酯膠粘劑，本發明的另一目的還提供了上述水性聚氨酯和含該水性聚氨酯膠粘劑的制備方法，本發明還有個目的是提供了含水性聚氨酯膠粘劑的用途。

本發明的技術方案為：一種水性聚氨酯，其特征在于主要性能指標為：固含量為45～55％，PH值為6.5～7.5，在25℃條件下用涂-4杯測定，粘度為13～19秒。

本發明還提供了上述水性聚氨酯的制備方法，其具體步驟如下：

A.在容器中首先加入低聚物多元醇，然后加入含有親水基團的化合物二羥甲基丙酸，再加入芳香族二異氰酸酯，以上原料按官能團摩爾比-NCO/-OH＝1.4～2.0，加入占低聚物多元醇質量百分比為0.01～0.3％的催化劑進行反應，反應溫度70～90℃，反應時間3～6小時，制得端基為異氰酸酯基團、羧基質量百分含量為0.6～1.0％的聚氨酯預聚物；

B.加入占步驟(1)制得的聚氨酯預聚物質量百分含量為30～60％的助溶劑，使預聚物粘度降低，便于乳化；再加入三乙胺將其中的羧酸根中和成鹽，中和度80～110％；

C.將中和處理得到預聚物出料至分散器中，在高速攪拌下加入去離子水進行乳化，同時加預聚物中剩余異氰酸酯基團物質的量的10～40％的擴鏈劑進行擴鏈，升溫蒸出或減壓蒸出助溶劑總質量70～90％的助溶劑，即制得水性聚氨酯。

上述步驟C中的擴鏈劑也可以在步驟A中加入催化劑后加入。