聚氨酯胶粘剂的应用及固化

一、聚氨酯胶粘剂的应用

　　1、汽车用聚氨酯胶粘剂

　　新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料，造成汽车用胶粘剂和密封胶持续增长。在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维增强塑料和片状模塑复合材料的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。汽车内饰件也是胶粘剂用量增长的一个领域。在过去相当长的一段时间内，中国汽车制造业一直从国外进口聚氨酯挡风玻璃胶，直到"八五"期间，研制开发这种胶才被列入国家重点科技攻关项目。汽车上应用广泛的水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。大多数水性聚氨酯是线性热塑性聚氨酯，由于其涂膜没有交联，分子质量较低，因而耐水性、耐溶剂性、胶膜强度等性能还较差，必须对其进行改性，以提高其性能。聚酯和丙烯酸的杂和分散体与脲二酮和异氰脲酸酯配合，制备的汽车修补清漆，不需要高速搅拌设备，容易混合在一起，具有良好的粘附性能。

　　2、木材用聚氨酯胶粘剂

　　随着世界性森林资源急剧减少和中国天然林资源保护工程的实施，小木材拼大板就要求胶粘剂粘接强度和耐久耐候等性能优于木材本身。胶粘剂用量的多少，已成为衡量木材工业技术发展水平的标志。过去人们用的木材胶粘剂多为以甲醛为主要原料的脲醛树脂，酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，但由于游离的甲醛存在，产品使用期间会逐渐向周围散发甲醛气体，造成环境污染。木材加工行业已开始将目光投向新型的环保胶粘剂聚氨酯胶，以期减少对环境的污染。木工行业使用的单组分湿气固化聚氨酯胶粘剂是液态的，在室温下使用。通常其粘接强度高、柔韧性和耐水性好，并能和许多非木基材(如纺织纤维、金属、塑料、橡胶等)粘接。单组分聚氨酯胶粘剂在测试中所表现出的干、湿强度均要好于酚醛胶粘剂。粘接前，在粘接基材表面涂布羟甲基间苯二酚(HMR)偶合剂可以提高粘接强度， HMR可以加强所有热固型木材胶粘剂的粘接强度。当木材表面预涂HMR偶合剂时，单组分聚氨酯胶粘剂的强度和耐久性可以满足大部分严格的测试要求。

　　3、鞋用聚氨酯胶粘剂

　　中国是一个制鞋大国，鞋用胶粘剂的发展经历3代后，随着全球性环保意识的提高，以及石油危机的加剧，促使第4代环保无溶剂型和水基型鞋用粘胶剂的出现。水性聚氨酯的制备工艺已日趋成熟。对于一些低极性鞋材如SBS等材质的粘接，聚氨酯胶粘剂的剥离强度达不到要求。通过添加增粘树脂等进行改性，可开发出具有结晶度高、结晶速度快、内聚强度大和剥离强度较理想的聚氨酯鞋用胶粘剂。

　　4、包装用聚氨酯胶粘剂

　　软包装又称软罐头，以其轻质方便、保鲜期长、卫生、易贮存运输、易拆开、垃圾量少及货架效应良好等独特的综合性能，现已超过硬包装如塑料、玻璃瓶和罐等。聚氨酯胶粘剂由于其优异的性能，可将不同性质的薄膜材料粘接在一起得到耐寒、耐油、耐药品、透明、耐磨等各种性能的软包装用复合薄膜。在国内外市场中，聚氨酯胶粘剂已经成为软包装用复合薄膜加工的主要胶粘剂。在国内胶粘剂市场中，包装用复合薄膜制造业中，聚氨酯胶粘剂用量仅次于制鞋业而居第二位。用于包装的聚氨酯胶粘剂品种繁多，如水基聚氨酯胶粘剂、热熔型聚氨酯胶粘剂、溶剂型聚氨酯胶粘剂、无溶剂型聚氨酯胶粘剂。其中常用的聚氨酯热熔胶又可分为2类:1)热塑性聚氨酯弹性体热熔胶:2)反应型热熔胶。热塑性热熔胶的主要缺点是粘度较高，故对涂布表观质量的影响较大。反应型聚氨酯热熔胶粘剂是在传统热熔胶基础上发展起来的一类新型胶粘剂，它不仅有传统热熔胶初粘性好和后固化性能优的特点，又具有聚氨酯的组成结构多变和性能调节范围大的优点，对多种基材具有优良的粘接性能。另外，在包装用水性聚氨酯胶方面，由于乳化剂的使用或分子中亲水性离子基团的引入，使其耐水性降低，对提高其耐水性的研究已成为热点。同时由于水的热容较大，故如何提高其固含量从而提高其干燥速度，也是当下亟待解决的问题之一。

　　5、建筑用聚氨酯胶粘剂

　　聚氨酯胶粘剂除具有无毒、无污染、使用方便等优点，还具有其它胶粘剂无法比拟的优点，即优良的耐低温、耐溶剂、耐老化、耐臭氧及耐细菌性能，在建筑铺装材料的应用中发挥着重要作用。广泛应用于弹性橡胶地垫、硬质橡胶地砖和铺设塑胶跑道运动场中。新型双组分聚氨酯胶粘剂突破传统胶粘剂剪切强度与剥离强度的矛盾，可使两者同时达到较高使用强度，在建筑用钢板的粘接中体现出优异的性能，粘接牢固且不易产生形变，而且室温可调固化速度，使该聚氨酯胶在使用上方便易行，应用广泛。聚氨酯胶粘剂在建筑用PVC材料粘接，夹心板生产以及建筑防水涂料中都得到广泛使用。

　　6、油墨用聚氨酯粘接剂

　　水性油墨被列为环境友好型印刷首选。常温交联水性聚氨酯胶粘剂可制得适合凹版印刷的单组分聚氨酯水性油墨，该水性油墨高光耐水、强附着、干性可调、色彩鲜艳、层次清晰、无毒不燃、耐侯、粘稠易控 ，与其它水性油墨相比，对各种承印物材料具有广泛的适应性。聚氨酯- 聚丙稀酸酯作为水性油墨的连接料，在油墨薄膜印刷品干燥过程中，综合了聚氨酯胶粘剂和聚丙烯酸酯的性能，由此改性得到的乳液对薄膜也具有较好的附着牢度。

　　彩印行业所用的基膜主要有聚酯膜、尼龙膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜等几种，选择油墨的关键在于其应对这几种基膜均具有良好的附着力。使用分子中含有羟基的氯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚物与大分子二元醇、小分子扩链剂、甲苯二异氰酸酯共同反应，可制得的新型聚氨酯胶粘剂，能有效地提高彩印油墨的品质。

　　7、书籍装订用聚氨酯胶粘剂

　　近20年来，在书籍装订中，热熔胶的应用已经获得了迅猛发展。其原因主要是低价平装书生产有了惊人的增长，与此同时产生了无线装订工艺，由于EVA热熔胶具有很好的粘接性和弹性，国内市场上使用的书籍装订热熔胶绝大部分为EVA型热熔胶。但EVA型热熔胶价格昂贵，而且EVA型热熔胶具有记忆性等缺点。聚氨酯热熔胶则可弥补以上缺陷，该胶粘剂生产工艺简单，成本低廉，胶粘剂的弹性、韧性好，粘接强度高，胶粘剂可以反复熔化使用，产品利用率高，具有更广阔的应用前景。

　　8、 铁路建设上的应用

　　无砟轨道铺设(高铁工程技术的发展方向)用胶将以国产聚氨酯胶粘剂产品为主,单轨每5米嵌入一个凸型挡台,每个挡台两边各需灌注聚氨酯胶粘剂约17.8kg,每公里双轨无砟轨道建设需聚氨酯灌封胶粘剂7吨以上。除了在铁路铺设方面外，高速列车的生产对于聚氨酯胶粘剂的使用需求也大大增加，聚氨酯在车辆上承担着玻璃粘接、地板粘接、嵌缝填充、密封防水等各种必不可少的作用，在车辆上，按照动车组CRH3为基础，单节车厢用聚氨酯胶约84.07L折算约合为109.3Kg，主要应用于车窗玻璃的粘接密封及部分填充部位的密封。

　　9、其它

　　聚氨酯胶粘剂由于其优异的粘接特性，在航天器材的粘接、文物保护与修复、军工产业、文具用品、医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。

　　聚氨酯胶粘剂以其优异的性能广泛应用于各个领域，日渐成为人类生活中重要的合成材料。世界聚氨酯胶粘剂工业正向适应环境保护、安全卫生、资源回收等方向发展。中国聚氨酯胶粘剂工业也显示了较快的增长势头，技术开发也取得了很大的进展。随着聚氨酯用途的逐渐拓展和人类环保意识的不断增强。 聚氨酯胶黏剂会扮演越来越重要的角色。

二、聚氨酯胶粘剂的固化

　　大多数聚氨酯胶粘剂在粘接时不立即具有较高的粘接强度，还需进行固化。所谓固化就是指液态胶粘剂变成固体的过程，固化过程也包括后熟化，即初步固化后的胶粘剂中的可反应基团进一步反应或产生结晶，获得最终固化强度。对于聚氨酯胶粘剂来说，固化过程是使胶中NCO基团反应完全，或使溶剂挥发完全､聚氨酯分子链结晶，使胶粘剂与基材产生足够高的粘接力的过程。

　　聚氨酯胶粘剂可室温固化，对于反应性聚氨酯胶来说，若室温固化需较长时间，可加催化剂促进固化。为了缩短固化时间，可采用加热的方法。加热不仅有利于胶粘剂本身的固化，还有利于加速胶中的NCO基团与基材表面的活性氢基团相反应。加热还可使胶层软化，以增加对基材表面的浸润，并有利于分子运动，在粘接界面上找到产生分子作用力的"搭档"。

　　加热对提高粘接力有利。固化的加热方式有烘箱或烘道､烘房加热，夹具加热等。对于传热快的金属基材可采用夹具加热，胶层受热比烘箱加热快。

　　加热过程应以逐步升温为宜。溶剂型聚氨酯胶要注意溶剂的挥发速度。在晾置过程中，大部分溶剂已挥发掉，剩余的溶剂慢慢透过胶粘层向外扩散，若加热过快则溶剂在软化了的胶层中气化鼓泡，在接头中形成气泡，严重的可将大部分未固化､呈流粘态的胶粘剂挤出接头，形成空缺会影响粘接强度。对于双组分无溶剂胶粘剂及单组分湿固化胶粘剂，加热也不能太快，否则NCO基团与胶中或基材表面､空气中的水分加速反应，产生的CO2气体来不及扩散，而胶层粘度增加很快，气泡就留在胶层中。

　　单组分湿固化聚氨酯胶粘剂主要靠空气中的水分固化，故应维持一定的空气湿度，宜以室温缓慢固化为宜。若空气干燥，可甲平少量水分于涂胶面，以促进固化。若胶被夹于干燥､硬质的被粘物之间，且胶层较厚时，界面及外界的水分不易渗入胶中，则易固化不完全，这种情况下可以在胶中注入极少量水分。

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