聚氨酯胶黏剂

定义：聚氨酯胶黏剂(Polyurethane Adhesive)是指在高分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)和/或异氰酸酯基(-NCO)的胶黏剂。

聚氨酯胶黏剂的分类
按用途：通用型、食品包装用、鞋用、木材和织物用、汽车用等聚氨酯胶黏剂等。

按反应组分：
多异氰酸酯胶黏剂：（单体胶黏剂）
含异氰酸酯基聚氨酯胶黏剂：主要组成含异氰酸酯基聚氨酯预聚体，多异氰酸酯和多羟基化合物的反应生成物。是聚氨酯胶黏剂中最重要的一部分，有单组分、双组分、溶剂型、无溶剂型等类型。
含羟基聚氨酯胶黏剂：含羟基的线型聚氨酯聚合物，由二异氰酸酯与二官能度的聚酯或聚醚反应生成。属双组分胶黏剂。

按组分数： 单组分聚氨酯胶黏剂 ；双组分聚氨酯胶黏剂 （API、醇+预聚体）

按溶剂形态：① 溶剂型聚氨酯胶黏剂；      
② 水性聚氨酯胶黏剂 （乳液胶黏剂）；
③ 无溶剂型聚氨酯胶黏剂 （活性溶剂，固体型，热熔胶等）；

按照固化方式：
① 热固性聚氨酯胶黏剂；      
② 常温固化型聚氨酯胶黏剂；
③ 湿固化型聚氨酯胶黏剂 ；  
④ 紫外光固化型聚氨酯胶黏剂。

聚氨酯胶黏剂的粘接原理
粘接件间的作用力
粘接件之间的作用力主要有化学键、分子间力、界面静电引力和机械作用力。
胶黏剂与被粘物之间引入化学键。例如：聚氨酯胶黏剂粘橡胶、纤维等物质，发生化学反应而增大粘接强度。
分子间力分为色散力、诱导力、取向力（以上合称范德华力）以及氢键。高分子胶黏剂色散力较大，可占全部分子间作用力的80%-100%，氢键力则大于范德华力。
金属材料与非金属材料（例如高分子胶黏剂）密切接触时，金属容易失去电子，非金属得到电子，电子的转移使界面两侧产生接触电势，形成双电层而产生静电引力。
胶黏剂充满被粘物表面的缝隙或凹凸之处时，固化后界面区会产生啮合力（机械连接力）。
机械连接力的本质是摩擦力，在粘接多孔材料、织物及纸等材料的时候是很重要的。

粘接过程的界面化学
形成完美的密封或者是粘接，液体胶黏剂与固体被粘件之间必须有完好的浸润。
浸润情况与胶黏剂的组成与性能、被粘件的结构与性能、两者之间的相互作用都密切相关，也就是说界面张力的影响至关重要。
液体的表面张力是作用于液体表面的单位长度上使表面收缩的力。表面张力是液面的分子受液体内部分子吸引的结果，其结果表现为液体总是倾向于尽可能小的表面积，所以空气中的小液体总是球状的。
固体具有一定的形状，表面不能收缩，所以它没有表面张力，只有表面自由能，在讨论时，称固体表面自由能为表面张力。
表面张力小的物质能很好浸润表面张力大的物质，反之则不行。
例如：水表面张力比油大的多，所以油能够很好的铺在水面，而水却不能很好的铺在油上。
金属、无机盐等的表面张力都很大，很容易被胶黏剂浸润，塑料的表面张力一般与胶黏剂相近，浸润程度就较差。
所以，在对表面张力较小的物件进行粘接时，在胶液中可以适当加入一些表面活性剂。

胶黏剂的固化
为了方便胶黏剂浸润被粘物，胶黏剂在粘接之前一般要制成液态或者使之成为液态。
那么，通过适当的方法使胶层由液态变成固态的过程叫做胶黏剂的固化。

基本原料
聚氨酯胶黏剂技术(二)
PU 胶基本上是由多异氰酸酯与分子中含有活泼氢的化合物，尤其是多元醇反应而成。反应过程中或加有溶剂、水，或不加溶剂；或产品是热塑性弹性体， 或是非弹性体。为适应各种用途之需，可添加无机填料、稳定剂或改性剂等助剂。
①多异氰酸酯
多异氰酸酯均为 PU胶的良好原料。
常用多异氰酸酯




②多元醇在 PU 胶制备中常用的多元醇聚合物有聚酯多元醇、聚醚多元醇。有时也用蓖麻油、聚丁二烯二元醇及其加氢化合物、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和有机硅多元醇等。它们的相对分子质量通常为500 ~ 3 000，官能度为2 ~ 3。
常用多元醇聚合物






③扩链剂和交联剂为增加 PU 胶的相对分子质量，通常采用扩链剂或交联剂。扩链剂分醇和胺两类：为提高胶黏剂的硬度或强度等，采用胺类扩链剂如二乙烯三胺、三乙烯四胺等。通常采用多异氰酸酯作端羟基聚氨酯的交联剂。为提高PU 胶的官能度，使固化物具有一定交联度，改善胶层的耐热、耐溶剂、耐蠕变等特性，有时需用三羟甲基丙烷、甘油或己三醇等内交联剂。

④溶剂为降低胶黏剂黏度以便于操作，在制备、配制和使用过程中，常采用溶剂。PU 胶所用溶剂必须是“氨酯级”的，即不含水、醇等含有活泼氢的化合物。
溶剂的选择可根据溶解度参数相近、极性相似以及溶剂本身的挥发性等因素确定。PU 的溶解度参数为10 左右，故可选用酮类（甲乙酮、丙酮、环己酮）、低级烷基酯（乙酸乙酯、乙酸丁酯）、氯代烃（三氯乙烯、二氯甲烷）、芳香烃（甲苯、二甲苯）以及二甲基甲酰胺、四氢呋喃、矿物质松节油等溶剂。常采用混合溶剂，以提高溶解度、调节挥发度、适应不同粘接工艺的要求。选择溶剂时，一定要遵循环保法规，选择无毒或低毒、对臭氧层无损害的品种。

⑤改性剂为改善 PU 胶某些特性，有时向胶中加入硝化纤维素、聚氯乙烯、聚乙酸乙酯、萜烯树脂、酚醛树脂、萜烯酚醛树脂、二甲苯树脂、松香树脂、聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、有机硅树脂、有机氟树脂或聚苯乙烯树脂等。有的可将其共混，有的在合成过程中将其杂化。一般认为，通过杂化改性，效果更好。

⑥填料为降低 PU 胶和密封剂的成本，或提高胶层的本体强度、黏结强度、耐热性，或改善固化物的膨胀、收缩率或其他功能，可添加多种填料。常用的有碳酸钙、二氧化钛、炭黑、磁粉、木粉、黏土、二氧化硅、滑石粉、水泥和聚合物粉末等无机、有机物质。近年来，将纳米材料加入PU 复合而成的纳米改性材料已经引起广泛关注。因为纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可使材料获得新的功能。加有纳米填料的PU 可在较宽温度范围内强化其弹性模量、稳定性、热扭曲和降低热膨胀系数，增强耐水和抗老化等性能。目前用于改性PU 的纳米材料主要包括二氧化硅、碳纳米管、蒙脱土等。
填料配入前必须彻底干燥，防止填料中的水分与异氰酸酯反应， 使胶变质或产生二氧化碳，在胶层中引入气泡，造成薄弱环节。必要时，需经表面处理，提高其与树脂胶液的相容、相混性。

⑦触变剂为调节胶的流变性，达到使涂胶时在平面上易流平，垂直面上不流淌下垂，受压时流动，挤出时良好成条等效果，常添加气相白炭黑或由自身形成的少许聚脲等触变剂。

⑧偶联剂为改善 PU 胶对被粘体的黏结性，提高胶接强度和耐湿热性，可添加硅烷偶联剂或钛系偶联剂。

⑨催化剂为加速 PU 制备时的反应速度、胶黏剂固化时的固化速度， 常加入二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或有机铋等有机金属盐或者三乙胺、三乙烯二胺（1, 4 – 偶氮双环（2, 2, 2）辛烷，DABCO）、N – 甲基吗啡啉等叔胺类催化剂。一般认为，叔胺类催化剂对异氰酸酯与水的反应有促进作用，而有机锡类催化剂对促进异氰酸酯与多元醇的反应有效。常采用混合催化剂。

⑩ 其他需 要 时， 可加入： 颜料、染料等着色剂，有机硅、丙烯酸酯等表面活性剂，取代的苯并三唑或二苯甲酮类等紫外线吸收剂，受阻胺、受阻酚等抗氧剂，碳化二亚胺等水解稳定剂，三聚氰胺、卤代磷酸酯、卤代烃类及其他含卤阻燃剂，氢氧化铝等无机阻燃剂，邻苯二甲酸酯、磷酸酯等增塑剂，其他的还有杀菌防霉剂、除水剂、消泡剂、润湿剂等助剂。助剂用量虽少，作用却很重要，是提高PU 胶和密封剂品质的有效措施。

原料的选择对PU 胶的分子结构及其最终性能至关重要。


示例：
聚氨酯胶黏剂






制备
聚酯预聚体的制备




甲组份的制备





乙组份的制备


改性聚氨酯2号胶
配方
蓖麻油改性甲苯二异氰酸酯            20
聚醚（N204）改性甲苯二异氰酸酯      50
聚醚（N220）改性甲苯二异氰酸酯      30
将各组分按配方比例加在一起进行混炼，调制成胶即可。
适用于金属或金属与非金属之间的胶接。铝胶接件剪切强度5~7MPa，铝-橡胶胶接剥离强度>2kN/m。

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