一种高阻水聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及聚氨酯胶粘剂制备领域，尤其涉及一种高阻水聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚氨酯胶粘剂作为一种分子链中含有氨基甲酸酯基团(－nhcoo－)或异氰酸酯基(－nco)的胶粘剂，具有良好的活性、低污染或者无污染、不燃、优良的抗冲击等特性，可用作胶粘剂而使用在化工材料等领域。然而，在实际应用过程中，聚氨酯胶粘剂不可避免地会在室外环境下使用，尤其遇到阴雨天气，雨水会渗透聚氨酯胶粘剂进入粘接物体内部，影响物体的使用性能，此外，太阳辐射，光照等也会是使聚氨酯胶粘剂发生不同程度的光降解反应，影响胶粘剂的黏度和力学性能。因此，需要对传统聚氨酯胶粘剂进行改性处理，提高聚氨酯的阻水性和粘接能力。

2、近年来，聚氨酯胶粘剂因其具有优异的化学稳定性、粘弹性以及优良的抗冲击性能，在胶粘剂领域已经成为了研究的热点。

3、例如：公开号为cn116554823a，公开日为2023年8月8日，名称为“一种耐水聚氨酯胶粘剂及其制备方法”的中国专利文献公开了一种耐水聚氨酯胶粘剂的制备方法。在该专利文献所公开的技术方案中，引入了氟元素，能够提高聚氨酯分子链的耐水解性，引入中间体结构能够赋予聚氨酯优异的阻燃性能，引入三苯基甲烷三异氰酸酯的苯环结构能够赋予成碳性能，协同中间体，提高阻燃效果。

4、但是需要指出的是，在该专利文献所公开的技术方案，虽然可以实现耐水性能，氟为亲水元素，达不到防水的效果，此外，还存在力学性能差、粘接力较弱等问题，无法应用在室外环境。

5、又例如：公开号为cn202210084152，公开日为2022年04月29日，名称为“一种高耐水聚氨酯防水涂料及其制备方法”的中国专利文献所述的高耐水聚氨酯防水涂料的主要成分是固体沥青、硅烷封端聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、多元醇扩链剂、液体填料、催化剂、硬脂酸锌、超钙粉、石松粉，验证了聚氨酯防水涂料耐水性能好，但粘接力较差，在使用过程中很可能出现涂层脱落的风险，不能适用于胶粘剂方向。

6、基于以上内容可以看出，现有技术中缺乏一种行之有效的方法可以极好地改善阻水性和粘接强度，因此，需要对传统聚氨酯胶粘剂进行改性处理，提高聚氨酯的阻水性和粘接能力。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中的聚氨酯胶黏剂存在阻水性能以及粘结力较弱的缺陷，因此提供了一种高阻水聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用以克服上述不足之处。

2、为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明首先提供了一种高阻水聚氨酯胶粘剂，其包含a组分以及b组分；

4、所述a组分按照质量百分比计，包含有30％～50％的多元醇、20％～40％增塑剂、1％～5％硅烷偶联剂、5％～15％的阻水剂和5％～10％吸水剂；

5、其中，所述阻水剂包括纳米二氧化硅以及改性再生纤维素；

6、所述再生纤维素包含纤维素主链，所述纤维素主链上包含有羟基以及化学接枝于纤维素主链的硅烷链段，且所述纤维素主链上还包含与之配位的铜离子；

7、所述b组分包含有聚氨酯预聚物以及催化剂，所述催化剂占b组分总质量的0.5％～1％。

8、本技术中的高阻水聚氨酯胶粘剂其由a组分和b组分构成，其在使用过程中仅需要将a组分和b组分充分混合，不需要考虑环境条件，固化之后能达到好的阻水效果。

9、在a组分中，硅烷偶联剂和阻水剂具有很好的阻水效果。其中，硅烷偶联剂能够对聚氨酯结构胶的表面亲水性进行改进，从而使得其具备良好的疏水性，并且硅烷偶联剂的加入能够使得聚氨酯与基材之间的粘结稳定性大幅提升，从而从侧面提升了粘结强度。

10、此外，在本发明中所述的阻水剂其包括纳米二氧化硅以及改性再生纤维素两种，纳米二氧化硅由于其具有极小的颗粒大小，可以填充胶粘剂中的微孔和缝隙，有效地提高胶体的致密性，从而减少水分通过的可能性。同时，纳米二氧化硅具有较大的比表面积和表面活性，能够与其他胶粘剂成分充分接触和结合，增强胶粘剂的整体稠定性和耐水性。

11、另外，纤维素的分子结构中包含有大量的羟基，这些羟基的存在使得传统的纤维素通常具有良好的亲水性。本技术中通过对纤维素结构进行了针对性的改性，通过在纤维素主链上化学接枝一定量的硅烷链段，从而改变了纤维素的亲水性能，从而降低了水分在胶粘剂中的渗透速度。而在纤维素主链上保留的一部分羟基则能够参与到聚氨酯的合成中，使得聚氨酯胶粘剂在固化后的交联密度能够大幅提升，增加了胶粘剂的粘接性能。从而在胶粘剂更加牢固可靠同时，该聚氨酯胶粘剂具有较好的机械性能，兼具较强的拉伸强度和高的硬度。另外，改性再生纤维素中硅烷链段的加入可以增强胶粘剂的热稳定性，使其在高温环境下仍能保持良好的粘接性能这对于太阳能电池所需要面临的高温环境而言则是至关重要的。

12、此外，本技术发明人还发现，当纤维素主链上配位有一定的铜离子后，其阻水性能能够得到一定的提升。一种解释是，铜离子与纤维素的羟基或其他活性基团之间可能形成键合，导致铜离子与纤维素结合成一种复合物结构。这种复合物结构可能在表面上形成一层保护膜，降低了纤维素的表面亲水性，同时减少水分子的渗透，从而提升改性再生纤维素的阻水性能。当铜离子被彻底洗净后，纤维素中不再含有铜离子或其复合物，纤维素表面的改性结构和特性可能会改变，导致阻水性能下降。这暗示着铜离子与改性再生纤维素之间的特殊相互作用对改性再生纤维素的阻水性能起到了重要的影响作用。

13、除阻水剂外，本技术还又充分利用了分子筛的吸水性，其能够对进入到固化后的聚氨酯中的水汽起到吸收的作用，阻止其进一步进入到聚氨酯的深层，从而进一步改善了聚氨酯胶粘剂的阻水性能。

14、最后，本技术选用的树脂具有很好的粘结性，可以牢固的粘接在太阳能电池背板上，固化之后，粘接力更强，甚至应用到更多的场所和领域。

15、作为优选，所述改性再生纤维素的添加量不高于a组分总质量的5％，且不高于纳米二氧化硅总质量的50％。

16、在本技术中，发明人发现改性再生纤维素的添加量对于整体聚氨酯的性能有着显著的影响。当a组分中改性再生纤维素的添加量过高时，其难以在a组分中均匀分散，到而导致一部分的改性再生纤维素发生团聚的现象，这部分团聚的再生纤维素由于其分子中的羟基并未被完全消耗，导致聚氨酯在固化后依然包含有大量的亲水性羟基，导致水汽能够轻易进入到聚氨酯内部，从而降低了其阻水性能。

17、此外，过高的改性再生纤维素的添加量会导致a组分的粘度大幅提升，导致在后续与b组分的混合过程中出现混合困难以及混合不均匀的问题，从而降低了最终固化后的聚氨酯的整体性能。

18、作为优选，所述改性再生纤维素制备方法包括以下步骤：

19、(s.1)将纤维素原料溶于铜氨溶液中，得到纤维素溶液；

20、(s.2)向纤维素溶液中加入硅烷偶联剂，搅拌反应，得到改性再生纤维素溶液；

21、(s.3)在搅拌条件下，将改性再生纤维素溶液滴加于凝固浴中，使得改性再生纤维素固化析出，对析出的改性再生纤维素烘干后得到改性再生纤维素。

22、本技术在制备改性再生纤维素的过程中，首先通过将纤维素原料与铜氨离子络合，从而能够破坏纤维素中的相互连接的氢键，使得纤维素能够溶于铜氨溶液中，从而使得原本以氢键连接在一起的羟基基团完全暴露出来，从而确保硅烷偶联剂充分与纤维素接触反应，并且保证了硅烷偶联剂在纤维素主链上的接枝均匀性，从而提高了改性效果和成品品质。

23、作为优选，所述纤维素原料为芦苇纤维、竹纤维素、阔叶浆、针叶浆、漂白化学机械木浆、漂白化学草浆、漂白化学蔗渣浆、棉浆、白色废纸脫墨浆中的任意一种或多种的组合。

24、作为优选，所述纤维素原料的聚合度为500-1000。

25、本技术发明人发现纤维素原料的聚合度对于阻水剂的阻水效果有着重要的影响。在这个范围内的纤维素聚合度表明纤维素分子链相对较长，含有较多的葡萄糖单元。这种较长的分子链结构有利于纤维素与其他物质发生作用，如与铜离子或硅烷偶联剂等进行反应，从而实现纤维素的改性过程。纤维素原料的聚合度为500-1000表明其分子链长度适中，能够在改性过程中提供合适的分子结构和反应性，有利于纤维素与其他成分之间的相互作用和改性效果的实现。

26、作为优选，所述多元醇为分子量在1000～2000，官能度2-3的聚酯多元醇、多元醇、芳香族多元醇、聚烯烃多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、蓖麻油、改性蓖麻油、棕榈油、大豆油中的一种或者多种的混合物。

27、作为优选，所述吸水剂包括铝硅酸盐分子筛、钛硅分子筛、zsm-35分子筛、zsm-5分子筛、cr-500分子筛中的一种或者多种复合物。

28、作为优选，所述增塑剂包括石蜡、沥青、增塑剂dop和增塑剂didp中的一种或者多种的混合物；

29、所述催化剂包括胺类催化剂、有机锌催化剂、有机铋催化剂、钛酸酯类催化剂中的一种或者多种的混合物；

30、所述硅烷偶联剂为kh-560、kh-550、kh-570、kh-590、kh-902、kh-792、a-151、a-187、a-174、a-1891、a-1100、a-1120中的一种或者多种的混合物。

31、第二方面，本发明还提供了一种用于制备所述高阻水聚氨酯胶粘剂的方法，所述方法包括以下步骤：

32、(1)按照质量百分比计，将30％～50％的多元醇、20％～40％增塑剂、1％～5％硅烷偶联剂、5％～15％的阻水剂和5％～10％吸水剂混合脱泡，得到a组分；

33、(2)将按照质量百分比计，将60％～70％的异氰酸酯经过脱水后与30％～40％多元醇反应2～3h，随后加入b组分总质量的0.5％～1％的催化剂继续反应30～60min，经过脱泡、冷却后得到b组分；

34、(3)将a组分与b组分按照100：10～30的比例真空脱泡混合，即得所述高阻水聚氨酯胶粘剂。

35、第三方面，本发明还提供了如所述高阻水聚氨酯胶粘剂在太阳能电池背板粘接中的应用。

36、因此，与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

37、(1)采用具有阻水效果的硅烷偶联剂和吸水剂结合，改性再生纤维素和气相纳米二氧化硅填充分子内空隙，制备了具有高阻水效果的聚氨酯胶粘剂。使用过程中，操作简单，无毒无污染；

38、(2)该聚氨酯胶粘剂，具有较好的粘接能力，可以牢固的粘接在太阳能电池背板上，固化之后，粘接力更强，甚至应用到更多的场所和领域；

39、(3)此外，该聚氨酯胶粘剂，具有较好的机械性能，兼具较强的拉伸强度和高的硬度。