[发明专利]一种含纳米二氧化硅的水性聚氨酯乳液胶黏剂及其制备方法

说明书

一种含纳米二氧化硅的水性聚氨酯乳液胶黏剂及其制备方法，特征在于采用纳米二氧化硅做封端剂，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、耐热性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。

纳米填料是高分子材料中的重要组成部分之一，能促进高分子材料的结晶性能，提高高分子材料的强度，降低成本，提高产品的竞争力。但是，当纳米填料在水性聚氨酯胶黏剂中应用时，存在严重的团聚问题，以及随之而来的沉降，反而会降低产品的粘结强度及其施工性能。因此，如何解决纳米填料在水性聚氨酯中的团聚，并提高纳米填料对聚氨酯分子链的结晶速度，是目前纳米填料/聚氨酯胶黏剂领域的研究方向。但是目前，国内外对水性聚氨酯的研究主要集中在新材料利用，如交联剂设计与选择、改性助剂选择等方面，对纳米填料促进聚氨酯结晶速度的研究鲜见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含纳米二氧化硅的高结晶速度、初粘力大和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：

一种含纳米二氧化硅的水性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1 mol的聚己二酸已二醇酯二元醇与2 mol的甲苯二异氰酸酯，在温度60~70℃下搅拌2~3 h，加入150 g纳米二氧化硅，加入1 wt%的二月桂酸二丁基锡，温度80~90℃下继续搅拌1~2 h，接着降低温度，加入1 mol封闭剂，继续搅拌2 h，得到预聚体A，其中，1 wt%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10 mol分子量为4000的聚己二酸已二醇酯二元醇和20 mol甲苯二异氰酸酯，加热60℃，搅拌2h，加入1 wt%的二月桂酸二丁基锡，继续搅拌2 h，得到预聚体B，其中，1 wt%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5 mol二羟甲基丙酸，加热搅拌，最后加入2mol三羟甲基丙烷和1 mol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3 h，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，40 r/min继续搅拌1 h，得到聚氨酯溶液；

步骤四：在50 r/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1 h后，减压蒸馏脱去溶剂丙酮，得到含纳米二氧化硅的水性聚氨酯乳液胶黏剂。

所述步骤一中的纳米二氧化硅的比表面积为800 m²/g，表面羟基数为5.0 OH/nm²。

所述步骤一中得到的预聚体A的结构式如下：