[发明专利]单组份水性高分子-异氰酸酯复合胶黏剂的制备方法及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于胶黏剂领域；具体涉及单组份水性高分子-异氰酸酯复合胶黏剂的制备方法及其使用方法。

背景技术

异氰酸酯基聚合物具有很强的附着力、很高的光泽、良好的耐腐性与耐磨性，可做成各种性能优异的材料或助剂，特别是作为胶粘剂。但异氰酸基（-NCO）化学性质活泼，容易与水和含活泼氢的物质反应，特别是在水溶液体系中的稳定性极差，与水接触后很快反应并发泡而失效，适用期短，并且不能长久贮存。

异氰酸酯常作为外加交联固化剂应用于双组份水性高分子-异氰酸酯胶黏剂体系，使其与含活泼氢的水性高分子及水之间发生交联固化反应，从而实现胶接。因其胶接性能优异、无甲醛释放、耐低温、耐老化，且对被胶接材料适应性强等诸多优点，得到广泛的发展与运用。但受体系限制，其胶接需现场调配，工艺性较差，胶液中加入固化交联剂异氰酸酯后，异氰酸酯快速与水反应，致使胶液黏度迅速增加而缩短其适用期，造成胶液浪费和胶接质量波动。

如何将异氰酸酯在水溶液中稳定分散并保持反应活性，使其以内加交联剂形式与水性高分子稳定复合，并在应用条件下可实现交联固化反应，成为异氰酸酯胶黏剂发展和应用的关键问题。对于异氰酸酯在水溶液中的稳定性问题，多通过乳化法制备异氰酸酯预聚体水乳液或分散液来解决。水乳化法虽可将异氰酸酯制成水分散液，但由于体系中仍含有游离-NCO，致使其依然存在稳定性差、适用期短等问题。近来，结合分子设计理念，开发了一种胶束化方法来实现异氰酸酯在水溶液中的分散。这种方法是通过在异氰酸酯预聚体骨架中引入亲水性基团，利用亲水性基团和疏水性异氰酸酯预聚体的两亲性质，通过自乳化或自发分散于水溶液中，可形成异氰酸酯胶束，实现了在水溶液中的稳定分散。稳定的异氰酸酯分散液也可直接用作单组份胶黏剂，但在胶接过程中，虽可通过范德华力和氢键作用产生一定的黏结，但由于不含-NCO，不发生交联固化反应，致使其胶接强度低、使用性能差，亦不能实现内加交联剂功能。对于异氰酸酯在水溶液中反应活性问题，常通过封闭手段调控。封闭技术可以很好地保护-NCO，并保持-NCO在水溶液中的高反应活性，使其解封闭后可重新参与反应。封闭异氰酸酯的解封闭过程多通过升高温度来实现，这就容易造成过高的解封闭温度，从而难以满足实际工艺要求。

发明内容

由于PVAc乳液聚合物对高温敏感，在长时间的高温条件下，PVAc链段易发生断裂、胶膜结构易破坏，进而不能实现有效的胶接，即使与-NCO反应形成交联结构也不能达到预期的胶接效果，因此在不破坏PVAc结构的前提下，有效的实现异氰酸酯基的快速释放是决定单组份PVAc-异氰酸酯复合胶黏剂性能的关键技术。

本发明目的是提供单组份水性高分子-异氰酸酯复合胶黏剂的制备方法及其使用方法。

本发明中单组份水性高分子-异氰酸酯复合胶黏剂的制备方式是按下述步骤进行的：

一、将聚乙二醇真空干燥，然后将0.5～1.5mol真空干燥处理的聚乙二醇和0.2～0.8mol2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）和10～250mL复合溶剂混合，以50～500r/min搅拌10～60分钟，以1～5mL/min的流量通氮气15～45分钟，加热至40～90℃，保温15～45分钟后，然后以1～8滴/s滴加速度滴加0.5～2mol异氰酸酯，滴加完毕后升温至50～95℃，保温反应0.5～7小时，降温至25～70℃，加入封闭剂，封闭剂的用量为游离-NCO含量的1～1.5倍，然后加入0.5～2mol三乙胺，再加10～500mL去离子水，25～30℃条件下乳化2～5小时，然后降温至20～30℃，在0.01MPa的真空条件下反应20～30min(去除反应液中的有机溶剂)，即可制得封闭异氰酸酯胶束水分散液；

二、将步骤一获得的封闭异氰酸酯胶束水分散液加入到聚醋酸乙烯酯（PVAc）乳液中，封闭异氰酸酯胶束水分散液用量为3%～25%（质量），在室温下搅拌30～120min，密封保存，即得到单组份水性高分子-异氰酸酯复合胶黏剂；其中步骤一所述复合溶剂是由溶剂A和溶剂B按1：（3～10）的体积比混合而成，溶剂A为丙酮，溶剂B为丁酮或甲苯5。

步骤一将聚乙二醇在100～120℃条件下真空干燥3～5小时。

步骤一所述的聚乙二醇为PEG-400、PEG-800、PEG-1000或PEG-1200。

异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI)或者六亚甲基二异氰酸酯（HDI）。

步骤二所述的封闭异氰酸酯胶束水分散液用量为5%～20%（质量）。

步骤二所述的封闭异氰酸酯胶束水分散液用量为10%～15%（质量）。