[发明专利]一种含纳米纤维素晶须的聚氨酯乳液胶黏剂及其制备方法

说明书

一种含纳米纤维素晶须的聚氨酯乳液胶黏剂及其制备方法，采用纳米纤维素晶须做封端剂，起到补强和诱导聚氨酯分子链结晶的效果，提高胶黏剂的初粘力，并且利用苯乙酮肟封闭异氰酸酯为潜在可反应基团，可与粘接界面的活性基团进一步反应，提高胶黏剂的粘接强度。制得的聚氨酯胶黏剂具有初粘力高、结晶速度快、结晶度高和粘结强度高等优异性能。

技术领域

本发明涉及聚氨酯胶黏剂领域，特别是涉及具有高初粘力、结晶速度快和结晶度高的高性能水性聚氨酯乳液胶黏剂及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯胶黏剂因其具有无污染、易运输和工作环境友好等优点，逐渐成为了胶黏剂市场的主流。但是，水性聚氨酯胶黏剂存在干燥速度慢、初粘力小和耐水性差等缺点，特别是低的初粘力，严重影响了聚氨酯胶黏剂的施工便利性，限制了水性聚氨酯胶黏剂的进一步发展。

聚氨酯分子链结晶速度是决定聚氨酯初粘力大小的重要因素之一。分子链的结晶速度快，聚氨酯分子链在短时间内内聚力急剧增大，初粘力得到有效提高。不仅如此，高的结晶速度也能提高胶黏剂的最终粘接强度。因此提高聚氨酯分子链结晶速度是同时解决水性聚氨酯初粘力和最终粘结强度的有效方案之一，也是目前水性聚氨酯的研究重点之一。

纳米纤维素晶须(CNs)来源于植物、动物和微生物，具有较长的长径比50～110，比表面积150～300m²/g，并且理论模量高达150GPa，是一类环境友好的、具备可再生的新型纳米材料。不仅如此，表面富含羟基的纳米纤维素晶须易溶于水，是水性聚氨酯的一类潜在的重要纳米补强填料。此外，一维的纳米纤维素晶须还能诱导聚氨酯分子链沿着其维度方向进行延展排布，从而实现聚氨酯分子链的诱导结晶，提高结晶速度。但是当纳米纤维素晶须与水性聚氨酯胶黏剂简单机械混合后，由于存在强的内氢键作用，长时间的存放会导致纳米纤维素晶须重新团聚，进而带来严重的沉降问题，反而严重削弱胶黏剂的性能。因此，如何避免纳米纤维素晶须在水性聚氨酯中的团聚，保证纳米纤维素晶须对聚氨酯的补强效果，并促使纳米纤维素晶须发挥对聚氨酯分子链结晶速度的提高作用，是解决水性聚氨酯低初粘力和低粘接强度的关键之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含纳米纤维素晶须的高结晶速度、初粘力大、粘结强度高的水性聚氨酯乳液胶黏剂及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种含纳米纤维素晶须的聚氨酯乳液胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：在氮气保护下，加入1mol的聚己二酸已二醇酯二元醇与2mol的甲苯二异氰酸酯，在温度60～70℃下搅拌2～3h，加入100g纳米纤维素晶须，加入2wt％的二月桂酸二丁基锡，温度80～90℃下继续搅拌1～2h，接着降低温度，加入1mol封闭剂，继续搅拌2h，得到预聚体A，其中，2wt％是以聚己二酸已二醇酯二元醇和甲苯二异氰酸酯之和为基准；

步骤二：在干燥氮气保护下，在反应釜中加入10mol分子量为4000的聚己二酸已二醇酯二元醇和20mol甲苯二异氰酸酯，加热60℃，搅拌2h，加入2wt％的二月桂酸二丁基锡，继续搅拌2h，得到预聚体B，其中，2wt％是以聚己二酸已二醇酯二元醇和甲苯二异氰酸酯之和为基准；

步骤三：在步骤二中得到的预聚体B中，加入5mol二羟甲基丙酸，加热搅拌，最后加入2mol三羟甲基丙烷和1mol一缩二乙二醇，用丙酮调节体系粘度至2000～4000mPa·s，以40r/min的速率搅拌3h，降温至50℃，按照体系与预聚体A质量比1:1加入的步骤一中得到的预聚体A，40r/min继续搅拌1h，得到聚氨酯溶液；

步骤四：在50r/min搅拌下，将步骤三得到的聚氨酯溶液以1:0.5质量比加入去离子水中，搅拌1h后，减压蒸馏脱去溶剂丙酮，得到含纳米纤维素晶须的水性聚氨酯乳液胶黏剂。