[发明专利]一种高性能水油复合胶粘剂及其制备方法

说明书

一种高性能水油复合胶粘剂及其制备方法，涉及一种改性聚氨酯胶粘剂尤其是一种能粘接钢铁等金属及硬质非金属基材的复合双组份胶，提供了一种固化快、对钢铁润湿性好、粘结强度较高、性能较稳定、成本较低、易于制备的高性能环保水玻璃聚氨酯复合胶粘剂。它是将耐碱性聚醚多元醇尤其是粗聚醚多元醇与水玻璃或改性水玻璃复配结合适量增塑剂或添加剂，B组分为多异氰酸酯成分及环保增塑剂。不仅可以在没有催化剂和较低温度下较快固化，实现早强高强，而且粘接性好，具有良好的综合性能和贮存稳定性，易于制备。

本发明申请是申请号 2019104835915申请日2019-06-04优先权日2018-0604的中国专利申请“一种环保粘钢胶”的方案申请。

技术领域

本发明涉及聚氨酯胶粘剂领域，尤其涉及一种能粘接钢铁等金属及硬质非金属基材的高性能双组份高性能水油复合胶粘剂。

背景技术

聚氨酯胶粘剂由于分子链结构中具氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或异氰酸酯基即端-NCO，能够与含活性氢的成分包括水玻璃和基材界面发生扩链、支化和交联反应，最终形成了具有一定粘接强度和机械强度的固结体。然而传统的无溶剂聚氨酯粘接剂如PUR，不仅价格昂贵，施用时需要高温加热并采用专用机具；溶剂型聚氨酯有毒有害污染环境；而水性聚氨酯造价高、固化慢、耐水性不佳，对钢铁等弱极性非极性基材润湿性差粘接力弱。通常聚氨酯胶粘剂的粘接强度由于材料属性限制难以超过8Mpa，常温下一般需三天甚至七天才能达到最大强度，不适于用作粘钢胶。水玻璃是一种传统无机胶料，粘度小，流动性好，来源广，成本低，几乎无毒无污染，在与一定的固化剂比如氟硅酸钠混合之后会加速固化反应，生成具有较强粘结性的硅胶，对混凝土也有良好亲和力，可以对建筑结构起粘接防渗和加固的作用，但胶质脆，耐水性差，还容易产生碱骨料效应，对钢铁等金属基材界面润湿性差、粘接强度小，固结体稳定性也差。鉴于这些问题，中国专利申请CN103627330A “一种复合胶”，通过在水玻璃中加入协同剂及添加剂，在异氰酸酯组分中加入由聚酯多元醇和/或聚醚多元醇预聚体及适量溶剂形成的发泡胶使这些问题也得到有效解决，同时使胶料在没有催化剂条件下能够较快固化；中国专利申请CN104910817A“一种环保型复合树脂和基于该树脂的胶粘剂及涂料”还进一步提升了胶料性能，并提高了胶料的稳定性，降低了生产成本；为了适应工业化应用，中国专利申请CN105885704A“一种低粘度高强度环保双组份胶液及其制备方法”还通过在水玻璃组分中加入合适的适量硅烷偶联剂与十二醇酯，使胶料粘接性能得到更大改善，同时施胶量具有可机械喷涂的粘度；中国专利申请CN104910817A“一种无机——有机高环保双组份胶粘剂及其制备方法还对含填料和溶剂的水玻璃—聚氨酯体系发生不均质混合问题提供了行之有效的额解决途径；中国专利申请CN107488431A“水性油性低粘度环保双组份胶粘剂及其制备方法”则对水玻璃水性组分与聚氨酯油性组分复合胶发生长毛现象的成因进行了分析并提供了有效的解决方案。尽管这系列水玻璃聚氨酯复合胶能替代很多建筑和工业用溶剂胶，具有明显的性价优势和应用前景，非常适于木材、石材、陶瓷和水泥等基材或它们与钢材间粘接，然而，由于在水玻璃-聚氨酯体系中为活化预聚体达到更好的粘接性能往往要加入不少的有机溶剂，不适于某些要求特别环保和安全的场合,而不加或仅微量添加有机溶剂时则往往需要在A组分中加入大量填料，影响流动性，还容易产生沉淀、形成死沉。然而，由于存在大量水玻璃和高分子硬段成分，与钢铁等金属基材界面结合力有限，钢-钢粘接强度尤其是剪切强度始终难以稳定超过5Mpa，加之刚性较大柔性不足，在钢-钢对拉粘接试验中往往是界面破坏,不适用于活动结构或物件中钢铁与钢铁等金属间的粘接，不能作为结构胶使用，而且要获得3分钟内或5分钟内表干和初步固化效果往往还要添加催化剂或，而试验发现在含大量水玻璃的水玻璃-聚氨酯体系胶粘剂中加入有机胺催化剂或有机锡催化剂时常影响钢-钢粘接效果的稳定性，并且将催化剂加入A组分中还容易水解失效，加入B组分中还影响贮存稳定性，为补偿由此造成的性能损失也尝试过通过加入适量小分子成分和附着力促进剂改善胶料对钢铁界面的润湿性、提高界面结合力，收效甚微。发明人尝试过在水玻璃组分中添加入少量聚酯、聚酯多元醇、增塑剂等以进一步改善胶料韧性，或由于其疏水性很快就会漂浮液面以致结膜影响使用，加入少量表面活性剂和分散剂或使用其乳液或水性成分，由于水玻璃与其密度相去太远，几天甚至几小时后一般也会逐渐分层，影响双组份胶的正常使用和商品价值，而大量添加乳化剂还会显著影响粘接强度和耐水性能。添加少量聚醚多元醇也存在同样问题，而且众所周知由于聚醚型聚氨酯胶粘剂粘接强度及机械强度差，作为本领域中惯用手段，要获得较大的粘接强度通常要加较多聚酯多元醇，但由于特殊的碱性环境和酯键的存在胶料遇到长期难以解决的水解-分层-凝胶的技术难题，贮存期一般难以超过一两个月，多种乳化、分散和抗沉降、抗水解处理收效不大，时常顾此失彼，常规试验和惯用技术手段实在难以达到预期效果，而在B组分中增加多异氰酸酯以改善与钢铁界面的润湿性与粘合力，效果也差强人意，还影响反应速度和固化时间。发明人在艰苦条件下对相关问题进行了长期探索，取得了意想不到效果。