異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法
2023-08-08 14:11:51
專利名稱：異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法
技術領域：
本發明是一種異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法，屬於聚氨酯膠粘劑製備方法。
聚氨酯類膠粘劑具有軟硬度等性能可調節性好，耐低溫，柔韌性好，粘接強度大等優點，用途日益廣闊。目前應用較多的是溶劑型聚氨酯膠粘劑。但由於有機溶劑氣味大，易揮發，使用時造成空氣汙染，易燃，或多或少具有毒性，且價格較貴。近十多年來，保護環境的輿論壓力與日俱增，一些發達國家制定了嚴格的消防法規、溶劑法規和產品標準，所以溶劑型聚氨酯膠粘劑的使用逐漸受到限制。
水性聚氨酯膠粘劑以水為基本介質，具有不燃、無氣味、不汙染環境、節能、易操作加工等優點。異氰酸酯乳液膠粘劑是一種以異氰酸基封端的水性聚氨酯膠粘劑。異氰酸酯乳液是將異氰酸酯以微粒狀分散於水中的產物。異氰酸酯類屬疏水性物質，必須在其分子鏈中引入親水基團，使分子部分具有親水性而使整個分子分散於水中，才能形成乳液。但由於異氰酸酯分子鏈中的異氰酸基易與水發生反應，導致乳液不穩定。因此，如何減少異氰酸基與水反應的比例，製得穩定的乳液，成為製備水性異氰酸酯乳液膠粘劑的技術關鍵。
1978年，Reuther W將明膠、聚乙二醇、二苯甲烷和MDI與水在高速攪拌下混合，製成異氰酸酯水乳液，但乳液活性期較短。1982年，Bayer公司將正磷酸二酯、異氰酸酯和非離子表面活性劑混合，得到異氰酸酯水乳液但不穩定。1993年，英國人Lovel製成了一種異氰酸酯水乳液，包含異氰酸酯成分和一個不含異氰酸酯活性基團的非離子表面活性劑，其中異氰酸酯成分由脲酮亞胺改性氰酸酯和多元醇反應產物組成該乳液穩定性不好，穩定時間短。為了能在刨花板生產中應用異氰酸酯乳液膠粘劑，該水乳液應有幾個小時的穩定期，本發明提供了一種性能優良的異氰酸酯乳液膠粘劑及其製備方法，該膠粘劑特別適用於木質及非木質人造板(如刨花板、MDF等)的生產。
本發明的目的是發明一種製備方法，實現減少異氰酸酯基與水反應的比例，製備成穩定的水性異氰酸酯乳液膠粘劑。
本發明的基本構思是異氰酸酯預聚體由多異氰酸酯類物質，分子式如下OCN-R-NCO (I)式中，R為6-20個碳原子的烷基、環烷基、芳香基或烷芳基，如TDI(2，4-甲苯二異氰酸酯或2，6-甲苯二異氰酸酯)、MDI(4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯)、XDI(苯二亞甲基二異氰酸酯)、NDI(1，5-萘二異氰酸酯)、HDI(六亞甲基二異氰酸酯)、HTDI(甲基環己基二異氰酸酯)、HMDI(4，4′-二環己基甲烷二異氰酸酯)、TMDI(2，2，4-三甲基己二異氰酸酯或2，4，4-三甲基己二異氰酸酯)、IPDI(異佛爾酮二異氰酸酯)、TMXDI(四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯)等。
或由苯胺與甲醛合成含一定量的多胺混合物後再光氣化而得到PAPI(多亞甲基多苯基多異氰酸酯)，有人亦稱之為PMDI或粗MDI，分子式如下 式中n為大於1的整數。
和經真空減壓脫水後的多元醇類物質，分子式如下R′-(CH2-CH2-O)m-H (III)式中R′為環氧基、烷氧基、芳氧基或H，m為5-50的整數，按摩爾比20-200∶1分別稱取一定量結構式(I)的化合物和經真空減壓脫水後的結構式(III)的化合物加入潔淨乾燥的三口瓶中，裝好攪拌器和溫度計，並通氮氣保護，加熱，升溫至30-100℃，保溫2-4小時後得到異氰酸酯基封端的預聚體，取樣分析NCO％和測試粘度後，裝入密閉的容器中貯存。前述的「環氧基」是指R-O-基；「烷氧基」是脂R-C-O基，其中烷基R是從1-20個碳原子，包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基以及它們的異構體；「芳氧基」指的是R′-O-基，其中R′是芳基，即從芳烴的碳鏈上移走一個氫原子所得到的，具體說有苯基、萘基、二苯基和烷基苯基如甲苯基、二甲苯基、丁苯基、辛苯基、壬苯基、癸苯基、十八烷基苯基等。
按固含量為30-40％分別稱取一定量如上所述的異氰酸酯預聚體和一定濃度的乳化劑水溶液、穩定劑水溶液，簡單攪拌混合後，製成異氰酸酯乳液膠粘劑。
其中，乳化劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸多元醇酯、聚氧乙烯烷基胺、烷醇醯胺、聚氧乙烯脂肪醯胺或烷基硫酸鹽等。乳化劑濃度為0.1-10％。穩定劑是動物膠、明膠、藻朊酸鹽、果膠酸鹽、酪朊酸鹽、甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、阿拉伯膠或苯乙烯—馬來酸酐共聚物等。穩定劑濃度為0.1-10％。
本發明的優點是具有不燃、無氣味、不汙染環境、節能易加工操作，生產成本低等特點。
下面是
具體實施例方式例1按摩爾比120∶1分別稱取一定量結構式(II)的化合物和經真空減壓脫水後的結構式(III)的化合物加入潔淨乾燥的三口瓶中，裝好攪拌器和溫度計，並通氮氣保護，加熱，升溫至30-100℃，保溫2-4小時後得到異氰酸酯基封端的預聚體。測試預聚體中的異氰酸基的含量。
取如上所述異氰酸酯預聚體樣品1g，加2.3g如上所述的水溶液，簡單攪拌混合後，製成異氰酸酯乳液A。觀察乳液顏色、乳液顆粒，分別在乳化後1小時、2小時、3小時測定乳液中的異氰酸基變化情況，觀察乳液狀態及其活性期。
例2用例1中所述步驟，改變預聚體的摩爾比為140∶1、160∶1、180∶1，可以得到另外三種預聚體，按照例1同樣的操作，可以得到另外三種異氰酸酯乳液B、C、D，同樣測試他們的各項性能。列表如下表1乳液各項性能
注表中NCO％表示乳化後第3小時乳液中保留的異氰酸基含量佔原始異氰酸基含量的百分數。
從上述例子可以得出A、B、C、D四種乳液穩定期均在4個小時以上，且第3小時乳液中保留的異氰酸基含量均較高，尤其是乳液C，NCO％為85.27％，乳液穩定期達7個小時。完全可以滿足生產的需要。
用例2中的異氰酸酯乳液膠粘劑樣品C按下述步驟生產一木質刨花板樣品。將木片(混合樹種1820g)經刨片機加工成刨花，使用前先將刨花混合均勻，放入拌膠機中，開動攪拌機(轉速600-700轉/分)，通過一個氣動的霧化噴嘴將異氰酸酯乳液膠粘劑均勻噴灑到刨花上，該乳液是用異氰酸酯預聚體(106g)與水(247g)簡單攪拌而得。噴灑完成後，將噴膠後的刨花裝入鋪裝機中，上下表面均用墊板(用脫膜劑處理過的)覆蓋，然後放入預壓機中預壓(壓力為1.5MPa，時間為20s)成形，成形後的刨花被送到熱壓機熱壓，熱壓採用三段式熱壓法，熱壓溫度170℃，熱壓時間6min，熱壓壓力3.6MPa，然後釋去壓力後，幅面尺寸325mm×325mm，名義厚度12mm的刨花板就製成了。
用上述的步驟，只改變原料種類，用稻草和麥草按上述操作，可以得到稻草刨花板和麥草刨花板。
按GB/T4897-92測量其靜曲強度、內結合強度、密度，按西德DIN68763V100測量其吸水厚度膨脹率、溼內結合強度。以上各刨花板的物理力學性能如下表表2各種刨花板物理力學性能表
從上述數據中可以知道用如上所述的異氰酸酯乳液膠粘劑製得的各類刨花板的各項物理力學性能均能達到標準。
權利要求
1.一種異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法，屬於聚氨酯膠粘劑制方法，其特徵在於採用多異氰酸酯類物質，分子式如下OCN-R-NCO (I)式中，R為6-20個碳原子的烷基、環烷基、芳香基或烷芳基，或由苯胺與甲醛合成含一定量的多胺混合物後再光氣化而得到PAPI(多亞甲基多苯基多異氰酸酯)，分子式如下 式中n為大於1的整數。和經真空減壓脫水後的多元醇類物質，分子式如下R′-(CH2-CH2-O)m-H (III)式中R′為環氧基、烷氧基、芳氧基或H，m為5-50的整數，按摩爾比20-200∶1分別稱取，加入潔淨乾燥的裝有攪拌器和溫度計的三口瓶中，經氮氣保護加熱，升溫，保溫得到異氰酸酯基封端的預製體，取異氰酸酯預聚體，與乳化劑水溶液、穩定劑水溶液攪拌混合，製成異氰酸酯乳液膠粘劑。
2.如權利要求1所述的異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法，其特徵在於加熱升溫在30-100℃之間，保溫2-4小時。
3.如權利要求1所述的異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法，其特徵在於乳化劑水溶液濃度為0.1-10％，穩定劑水溶液濃度為0.1-10％，異氰酸酯預聚體固體含量為30-40％。
全文摘要
一種異氰酸酯乳液膠粘劑製備方法,它包括由多異氰酸酯或由苯胺與甲醛合成的多胺混合物再光氣化得到的多亞甲基多苯基多異氰酸酯和多元醇類物質合成的異氰酸基封端的預聚體與乳化劑、乳液穩定劑和水攪拌混合得到異氰酸酯乳液膠粘劑,該乳液膠粘劑具有膠接強度高、施膠量低、無溶劑、安全無汙染、乳液穩定期長、操作簡單方便等特點。該乳液適用於粘接纖維素類物質,特別適用於生產木質及非木質人造板。
文檔編號C09J175/04GK1345906SQ0012912
公開日2002年4月24日 申請日期2000年9月29日 優先權日2000年9月29日
發明者顧繼友, 韓豫東 申請人:東北林業大學