一种用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用

本发明涉及胶粘剂，特别涉及一种用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池因能量密度高、使用寿命长在动力电池中得到了广泛应用，目前动力电池模组、电池包通常采用胶粘剂进行组合和安装。锂离子电池的壳体材质主要为金属铝，胶粘剂与铝的粘接是影响锂离子电池使用安全性与使用寿命的主要因素。聚氨酯胶粘剂具有质轻、粘接性强、绝缘性能佳等特性，越来越多的应用于动力电池的组装。聚氨酯胶粘剂主要由低聚物多元醇、异氰酸酯和扩链剂反应而成，其中低聚物多元醇的质量百分含量通常在60％以上。常规聚氨酯用低聚物多元醇多为石油基衍生物，不利于环保。

2、蓖麻油是从蓖麻籽中提炼出来的可再生天然植物油，结构中含有仲羟基，可替代石油基低聚物多元醇作为软段制备各种聚氨酯材料。但蓖麻油中羟基的数均官能度为2.7，分子主链中存在诸多交联点，交联密度较高，导致蓖麻油基聚氨酯脆性大。同时蓖麻油基聚氨酯中含有酯基、氨基甲酸酯基，胺固化时还含有脲基，容易水解，造成平均分子量下降，导致力学强度降低，影响其使用效果和使用寿命。蓖麻油基聚氨酯的水解随温度升高而加剧，因此在电子灌封胶、动力电池胶等要求耐湿热场合的应用受到限制。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，具有良好的力学强度和韧性，同时耐湿热性能好。

2、本发明的另一目的在于提供上述生物基聚氨酯胶粘剂的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供一种上述生物基聚氨酯胶粘剂的应用。

4、本发明的目的通过以下技术方案实现：

5、一种用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，包括组分a和组分b；

6、其中，组分a为蓖麻油、带侧烷基的聚酯二醇、扩链剂、硅烷偶联剂kh560和长链单羟基硅油的混合物；所述带侧烷基的聚酯二醇为聚己二酸-3-甲基-1，5戊二醇酯二醇或聚己二酸-2-丁基-2-乙基-1，3丙二醇酯二醇；所述扩链剂由1,4-丁二醇和聚己内酯三醇组成，扩链系数为0.95～0.97；

7、所述蓖麻油与带侧烷基的聚酯二醇质量比在80：20～50：50之间；所述1,4-丁二醇与聚己内酯三醇摩尔比在80：20～50：50之间；硅烷偶联剂kh560用量为蓖麻油的1.0％～2.0％；长链单羟基硅油的用量为生物基聚氨酯胶粘剂总量的0.5～3.0％；

8、组分b为碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯；

9、生物基聚氨酯胶粘剂中，组分b中异氰酸酯基与组分a中蓖麻油、带侧烷基的聚酯二醇总羟基的摩尔比为(1.8～2.2)：1。

10、优选的，所述带侧烷基的聚酯二醇的平均分子量在1000～2000之间。

11、优选的，聚己内酯三醇的平均分子量为300～1000之间。

12、优选的，所述组分a在室温下为液态，粘度在700～1300mpa.s之间。

13、具体的，组分b室温下为液态，粘度为150mpa.s

14、具体的，所述碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯中，异氰酸酯基质量百分含量为28.6％。

15、优选的，所述长链单羟基硅油的羟基当量在2500以上。

16、所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

17、将蓖麻油、带侧烷基的聚酯二醇、1,4-丁二醇、聚己内酯三醇、硅烷偶联剂kh560和长链单羟基硅油，加入到脱水罐中，加热至100～120℃，抽真空至余压小于500pa，保温1.5～2.5小时，使混合物含水量低于0.05％，密封冷却至室温，得到组分a；

18、将组分a与组分b在室温下混合均匀得到生物基聚氨酯胶粘剂。

19、所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂的应用，用于锂离子电池的铝壳的粘接。

20、具体的，粘接工艺为：

21、铝壳表面用酒精擦拭，去除表面污染物后，将胶粘剂涂于需粘接的铝壳表面，粘接后干燥环境下室温放置一周。

22、本发明的原理为：

23、本发明的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂中，蓖麻油、带侧烷基的聚酯二醇、1,4-丁二醇、聚己内酯三醇均含大量羟基，极性强，可与铝材表面形成牢固粘接；本发明中蓖麻油为天然的生物基材料；本发明利用带侧烷基的聚酯二醇降低聚氨酯体系的交联密度，实现对蓖麻油基聚氨酯胶粘剂的增韧，并增加其耐湿热性能；聚己内酯三醇与蓖麻油相容性好，起到内交联和增塑的双重作用，同时提高胶粘剂的力学强度和韧性；硅烷偶联剂kh560降低蓖麻油的酸值，提高其耐湿热性能；长链单羟基硅油形成悬挂长链硅氧烷侧链，大幅度提高聚氨酯胶粘剂表面的疏水性，进一步提高其耐湿热性能。

24、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

25、(1)本发明的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，能与铝材表面形成牢固粘接，强度和韧性好，同时耐湿热性能好。

26、(2)本发明的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，所有材料室温下均为液态，粘度小，可以室温加工。

27、(3)本发明的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，粘接固化过程室温停放即可，无需加热，工艺简便。

技术特征：

1.一种用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，包括组分a和组分b；

2.根据权利要求1所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述带侧烷基的聚酯二醇的平均分子量在1000～2000之间。

3.根据权利要求1所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，聚己内酯三醇的平均分子量为300～1000之间。

4.根据权利要求1所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述组分a在室温下为液态，粘度在700～1300mpa.s之间。

5.根据权利要求1所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，组分b室温下为液态，粘度为150mpa.s。

6.根据权利要求1所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯中，异氰酸酯基质量百分含量为28.6％。

7.根据权利要求1所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述长链单羟基硅油的羟基当量在2500以上。

8.权利要求1～7任一项所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求1～7任一项所述的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂的应用，其特征在于，用于锂离子电池的铝壳的粘接。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，粘接工艺为：

技术总结本发明公开了一种用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，包括组分A和组分B；其中，组分A为蓖麻油、带侧烷基的聚酯二醇、扩链剂、硅烷偶联剂KH560和长链单羟基硅油的混合物；所述带侧烷基的聚酯二醇为聚己二酸‑3‑甲基‑1，5戊二醇酯二醇或聚己二酸‑2‑丁基‑2‑乙基‑1，3丙二醇酯二醇；组分B为碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯；生物基聚氨酯胶粘剂中，组分B中异氰酸酯基与组分A中蓖麻油、带侧烷基的聚酯二醇总羟基的摩尔比为(1.8～2.2)：1。本发明还公开了上述胶粘剂的制备方法和应用。本发明的用于铝的粘接的生物基聚氨酯胶粘剂，具有良好的力学强度和韧性，同时耐湿热性能好，施工工艺简便。技术研发人员：曾妍,易玉华受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18