[發明專利]一種高性能水油復合膠粘劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202011183430.3
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN112341977A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 盧清友;盧思竹;黃義;邱順
• 申請（專利權）人: 重慶利爾達科技開發有限公司
• 主分類號: C09J175/04
• 分類號: C09J175/04;C09J175/06;C09J175/08;C09J1/02
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一種高性能水油復合膠粘劑及其制備方法，涉及一種改性聚氨酯膠粘劑尤其是一種能粘接鋼鐵等金屬及硬質非金屬基材的復合雙組份膠，提供了一種固化快、對鋼鐵潤濕性好、粘結強度較高、性能較穩定、成本較低、易于制備的高性能環保水玻璃聚氨酯復合膠粘劑。它是將耐堿性聚醚多元醇尤其是粗聚醚多元醇與水玻璃或改性水玻璃復配結合適量增塑劑或添加劑，B組分為多異氰酸酯成分及環保增塑劑。不僅可以在沒有催化劑和較低溫度下較快固化，實現早強高強，而且粘接性好，具有良好的綜合性能和貯存穩定性，易于制備。

本發明申請是申請號 2019104835915申請日2019-06-04優先權日2018-0604的中國專利申請“一種環保粘鋼膠”的方案申請。

技術領域

本發明涉及聚氨酯膠粘劑領域，尤其涉及一種能粘接鋼鐵等金屬及硬質非金屬基材的高性能雙組份高性能水油復合膠粘劑。

背景技術

聚氨酯膠粘劑由于分子鏈結構中具氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)或異氰酸酯基即端-NCO，能夠與含活性氫的成分包括水玻璃和基材界面發生擴鏈、支化和交聯反應，最終形成了具有一定粘接強度和機械強度的固結體。然而傳統的無溶劑聚氨酯粘接劑如PUR，不僅價格昂貴，施用時需要高溫加熱并采用專用機具；溶劑型聚氨酯有毒有害污染環境；而水性聚氨酯造價高、固化慢、耐水性不佳，對鋼鐵等弱極性非極性基材潤濕性差粘接力弱。通常聚氨酯膠粘劑的粘接強度由于材料屬性限制難以超過8Mpa，常溫下一般需三天甚至七天才能達到最大強度，不適于用作粘鋼膠。水玻璃是一種傳統無機膠料，粘度小，流動性好，來源廣，成本低，幾乎無毒無污染，在與一定的固化劑比如氟硅酸鈉混合之后會加速固化反應，生成具有較強粘結性的硅膠，對混凝土也有良好親和力，可以對建筑結構起粘接防滲和加固的作用，但膠質脆，耐水性差，還容易產生堿骨料效應，對鋼鐵等金屬基材界面潤濕性差、粘接強度小，固結體穩定性也差。鑒于這些問題，中國專利申請CN103627330A “一種復合膠”，通過在水玻璃中加入協同劑及添加劑，在異氰酸酯組分中加入由聚酯多元醇和/或聚醚多元醇預聚體及適量溶劑形成的發泡膠使這些問題也得到有效解決，同時使膠料在沒有催化劑條件下能夠較快固化；中國專利申請CN104910817A“一種環保型復合樹脂和基于該樹脂的膠粘劑及涂料”還進一步提升了膠料性能，并提高了膠料的穩定性，降低了生產成本；為了適應工業化應用，中國專利申請CN105885704A“一種低粘度高強度環保雙組份膠液及其制備方法”還通過在水玻璃組分中加入合適的適量硅烷偶聯劑與十二醇酯，使膠料粘接性能得到更大改善，同時施膠量具有可機械噴涂的粘度；中國專利申請CN104910817A“一種無機——有機高環保雙組份膠粘劑及其制備方法還對含填料和溶劑的水玻璃—聚氨酯體系發生不均質混合問題提供了行之有效的額解決途徑；中國專利申請CN107488431A“水性油性低粘度環保雙組份膠粘劑及其制備方法”則對水玻璃水性組分與聚氨酯油性組分復合膠發生長毛現象的成因進行了分析并提供了有效的解決方案。盡管這系列水玻璃聚氨酯復合膠能替代很多建筑和工業用溶劑膠，具有明顯的性價優勢和應用前景，非常適于木材、石材、陶瓷和水泥等基材或它們與鋼材間粘接，然而，由于在水玻璃-聚氨酯體系中為活化預聚體達到更好的粘接性能往往要加入不少的有機溶劑，不適于某些要求特別環保和安全的場合,而不加或僅微量添加有機溶劑時則往往需要在A組分中加入大量填料，影響流動性，還容易產生沉淀、形成死沉。然而，由于存在大量水玻璃和高分子硬段成分，與鋼鐵等金屬基材界面結合力有限，鋼-鋼粘接強度尤其是剪切強度始終難以穩定超過5Mpa，加之剛性較大柔性不足，在鋼-鋼對拉粘接試驗中往往是界面破壞,不適用于活動結構或物件中鋼鐵與鋼鐵等金屬間的粘接，不能作為結構膠使用，而且要獲得3分鐘內或5分鐘內表干和初步固化效果往往還要添加催化劑或，而試驗發現在含大量水玻璃的水玻璃-聚氨酯體系膠粘劑中加入有機胺催化劑或有機錫催化劑時常影響鋼-鋼粘接效果的穩定性，并且將催化劑加入A組分中還容易水解失效，加入B組分中還影響貯存穩定性，為補償由此造成的性能損失也嘗試過通過加入適量小分子成分和附著力促進劑改善膠料對鋼鐵界面的潤濕性、提高界面結合力，收效甚微。發明人嘗試過在水玻璃組分中添加入少量聚酯、聚酯多元醇、增塑劑等以進一步改善膠料韌性，或由于其疏水性很快就會漂浮液面以致結膜影響使用，加入少量表面活性劑和分散劑或使用其乳液或水性成分，由于水玻璃與其密度相去太遠，幾天甚至幾小時后一般也會逐漸分層，影響雙組份膠的正常使用和商品價值，而大量添加乳化劑還會顯著影響粘接強度和耐水性能。添加少量聚醚多元醇也存在同樣問題，而且眾所周知由于聚醚型聚氨酯膠粘劑粘接強度及機械強度差，作為本領域中慣用手段，要獲得較大的粘接強度通常要加較多聚酯多元醇，但由于特殊的堿性環境和酯鍵的存在膠料遇到長期難以解決的水解-分層-凝膠的技術難題，貯存期一般難以超過一兩個月，多種乳化、分散和抗沉降、抗水解處理收效不大，時常顧此失彼，常規試驗和慣用技術手段實在難以達到預期效果，而在B組分中增加多異氰酸酯以改善與鋼鐵界面的潤濕性與粘合力，效果也差強人意，還影響反應速度和固化時間。發明人在艱苦條件下對相關問題進行了長期探索，取得了意想不到效果。