一种单组份水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法与流程

本发明涉及化学胶粘剂，具体为一种单组份水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯胶粘剂具有优异的抗剪切、抗剥离、耐低温等性能，适用于大部分结构件的粘接，聚氨酯胶粘剂分为单组分和双组分两种类型，双组分聚氨酯胶粘剂的多元醇与异氰酸酯两个组分是分开储存的，使用时需要将两个组分按照一定的比例混合在一起，施胶工艺复杂，混合时易出现差错，耗费工时成本较高；单组分聚氨酯胶粘剂在室温下可以与空气中的水分子发生交联反应而固化，使用方便、种类繁多、应用较为广泛，因此发展较快；但是单组分聚氨酯胶粘剂同时也存在耐老化性、力学性能不佳等缺点，因此通过改性来拓宽其应用领域已经成为重要手段之一。

2、水性聚氨酯胶粘剂比传统水性胶粘剂具有性能可调、耐低温、粘接强度大等优点，单组分聚氨酯胶粘剂是通过聚合物中过量的-nco活性基团与空气中或基材上游离的活泼氢发生反应，从而产生黏性的一类胶粘剂，以单包装形式供应市场；专利号cn113072910b公开了一种单组分聚氨酯胶粘剂及其制备方法，通过在聚氨酯体系中引入无机相，制备有机无机杂化聚氨酯体系，可提高聚氨酯的力学强度和耐热性，采用环氧树脂改性有机-无机杂化聚氨酯制备单组份高强度聚氨酯胶粘剂，并进一步提高力学性能，但是制备工艺较为复杂，没有明显提高胶粘剂的粘接性能。

3、现有的聚氨酯胶粘剂中多采用石油类多元醇，作为不可再生资源，亟需被替代；而我国油料作物资源丰富，其中蓖麻油作为油脂类平均官能度多，羟值含量高，可作为多元醇用于聚氨酯的制备中，相较于常规的聚醚多元醇和聚酯多元醇具有绿色环保的优势；本发明采用蓖麻油多元醇，通过合成耐老化高粘扩链剂，含活泼氢的物质会代替未反应的异氰酸酯基团优先和空气中的水分子反应，从而避免分子链上的异氰酸酯基团优先和空气中的水分子发生化学反应而产生二氧化碳，同时生成的醇胺或二胺类物会继续和未反应的异氰酸酯基团反应而起到扩链的作用，得到耐老化性能和力学性能优异的水性聚氨酯胶粘剂，安全环保。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供了一种单组份水性聚氨酯胶粘剂及其制备方法，解决了现有单组分聚氨酯胶粘剂耐老化性不足、力学性能不佳的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种单组份水性聚氨酯胶粘剂的制备方法包括以下步骤：

4、(1)将蓖麻油基多元醇加入到反应釜中，在温度为110-125℃、压力为0.05-0.08mpa下减压蒸馏2-4h，降温至40-50℃，加入二月桂酸二丁基锡催化剂、三羟甲基丙烷和异佛尔酮二异氰酸酯，升温至70-85℃下反应1-3h，接着加入结构式为的耐老化高粘扩链剂，继续反应0.5-1h，期间加入丙酮降粘，然后降温至45-55℃，加入三乙胺调节ph至8-9，加入去离子水，搅拌均匀后，得到水性聚氨酯乳液。

5、(2)氮气氛围下，向行星重力搅拌机中加入水性聚氨酯乳液、硅烷偶联剂和改性纳米tio2，在转速为800-1000r/min下搅拌均匀后，置于真空脱泡机中进行真空脱泡120-150s，得到单组份水性聚氨酯胶粘剂。

6、进一步的，步骤(1)中蓖麻油基多元醇的制备方法包括以下步骤：氮气氛围下，将真空干燥后的100g蓖麻油和20-25g甘油加入到反应烧瓶中，搅拌均匀后，加入0.08-0.12g的氢氧化钠催化剂，升温至170-185℃反应2-3h，冷却至室温，得到蓖麻油基多元醇。

7、进一步的，步骤(1)中蓖麻油基多元醇、二月桂酸二丁基锡催化剂、三羟甲基丙烷、异佛尔酮二异氰酸酯、耐老化高粘扩链剂、去离子水的比例关系为100g:(3-5)g:(4-8)g:(20-40)g:(2-6)g:(10-15)g。

8、进一步的，步骤(2)中硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷或3-巯丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。

9、进一步的，步骤(2)中水性聚氨酯乳液、硅烷偶联剂、改性纳米tio2的比例关系为100g:(2-4)g:(0.3-1.5)g。

10、进一步的，步骤(2)中真空脱泡机的转速为1500-2000r/min，真空脱泡时间为120-180s。

11、进一步的，步骤(1)中耐老化高粘扩链剂的制备方包括以下步骤：

12、步骤s1、氮气氛围下，向装有温度计和滴液漏斗的反应烧瓶中加入双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二胺和甲醇，搅拌均匀后，在冰水浴下滴加丙烯腈，升温进行反应，减压浓缩，柱层析纯化，得到双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二氰乙基。

13、步骤s2、氮气氛围下，向装有温度计和滴液漏斗的反应烧瓶中加入的双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二氰乙基和二氯甲烷，搅拌均匀后，滴加三溴化硼，在20-35℃下反应12-24h，加入乙酸乙酯和去离子水萃取，有机相浓缩，干燥后得到耐老化高粘扩链剂。

14、进一步的，步骤s1中双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二胺、甲醇、丙烯腈的比例关系为100g:(1000-1500)ml:(35-45)g。

15、进一步的，步骤s1中反应温度为65-80℃，反应时间为1-3h。

16、进一步的，步骤s2中双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二氰乙基、二氯甲烷、三溴化硼的比例关系为100g:(2000-2500)ml:(145-200)g。

17、采取上述技术方案，本发明的有益效果在于：

18、本发明首先将双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二胺和丙烯腈发生迈克尔加成反应，得到双(4-甲氧基苯基)苯-1,4-二氰乙基，接着在三溴化硼的作用下，脱去甲氧基，得到耐老化高粘扩链剂，然后与蓖麻油基多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯及其他助剂反应，得到水性聚氨酯乳液，最后加入硅烷偶联剂和改性纳米tio2，经搅拌脱泡后，得到单组份水性聚氨酯胶粘剂。

19、耐老化高粘扩链剂含有强极性的双氰基基团，与氨基甲酸酯或脲基甲酸酯形成氢键作用，分子链由线型逐渐向体型转变，交联点增加、物理交联密度和内聚能增大，促使胶粘剂的粘接性能增强；耐老化高粘扩链剂本身具有3个苯环，苯环刚性较大，可提供强韧性，当其共聚在聚氨酯分子链中时，会产生广泛的氢键，氢键增多，分子间作用力增强，破坏所需要的载荷也就越大，进而使得胶粘剂的剥离强度和力学强度得到明显提高。

20、耐老化高粘扩链剂含有刚性苯环和极性氰基结构，在聚氨酯基体内部形成相区或微相区，硬段的极性较大，之间会产生较多的氢键，与聚氨酯体系固化后形成三维网状结构，分子链间的作用力随之增加，即使在高温下依然能够保持较为稳定的结构，增强了胶粘剂的耐老化性能。

21、改性纳米tio2与聚氨酯胶粘剂的相容性好，可以与胶粘剂中的端异氰酸酯产生交联，并充当填料，对胶粘剂有增稠作用，在聚氨酯胶粘剂中不仅能够很好的传递其所受到的外应力，又能够引发基体的屈服，抵消部分冲击能，进而起到材料补强的效果；同时硅烷偶联剂作为小分子使助剂更容易被润湿，分散得更均匀，从而制使得备的聚氨酯胶粘剂的综合性能更为优越。

22、本实验制备的聚氨酯胶粘剂采用蓖麻油基多元醇为基体，且不使用其他的溶剂，通过化学反应将耐老化高粘扩链剂固定于聚氨酯胶粘剂的分子链中，使其不仅具有耐老化性能，同时基本没有voc气体的排放，符合现代材料产业中绿色环保的理念。