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聚氨酯胶粘剂应用近况

1、前言

聚氨酯素以其卓越的低温柔韧性、高断裂伸长率、高剥离强度和耐磨性以及对多种基材的粘接适应性等著称，发展较快，年均增长率约为3%以上。按伦控制其手指活动敦IAL咨询公司公布的数据，2000年全球聚氨酯胶粘剂生产量超过52.5万t［1］。

2、发展趋势

在环保、健康和安全诸因素驱动下，聚氨酯胶粘剂与其他胶粘剂一样正向无溶剂、水基和反应性热熔型等环境友好高性能方向发展，以逐步替代VOC高、具毒的品类。但因溶剂型聚氨酯胶粘剂尚有一些性能优于其他品类，故仍在某些领域继续采用，如在制鞋行业，溶剂型 聚氨酯胶粘剂对皮革等多种鞋材的粘接强度高，其粘接件的耐久性强；在干法复合薄膜工艺中，溶剂型聚氨酯胶粘剂对薄膜的润湿性好，因此迄今尚大量采用。在发展中国家用量更多。但其所用溶剂必须是低毒、对大气低污染性，且设有回收装置；胶粘剂必须含有高固体质量分数，以减少有毒溶剂兔逸入空气。双组分聚氨酯胶粘剂的固化剂多为加成型多异氰酸酯，其游离异氰酸酯质量分数低于0.5%，今分别从剂型和应用角度，重点阐释某些聚氨酯胶粘剂发展近况。

3、水基胶粘剂

水基聚氨酯（APU）是将聚氨酯细粒分散于连续水相中形成的二元胶体，它是由hlack于1942年首先开发成功的。初始将其用作皮革小涂饰剂，成为重要商品。欧洲发展较快。但因长期性能未得到突破性改善，仅局限于皮革涂饰剂、织物整理剂和印染助剂等方面应用。近年通过新型离聚体制得的APU，加强了，分子链中的库伦力和氢键作用，得以提高胶粘剂性能。值得庆贺的是近年开发出可水分散的高官能度异氰酸酯，它极易在水中分散。当水从APU分散液中分离出后，该异氰酸酯即可与聚氨酯分子中的活泼氢快速而充分反应，从而大幅度提高APU胶粘剂的而水性、耐温性和粘接性等。可水分散MDI胶粘剂可将农副产品麦秆、稻杆等磨碎物粘接成坚固、耐温中密度纤维板，变废为宝。国内烟台万华聚氨酯股份有限公司也已生产该类产品。

可水分散异氰酸酯的问世，尚可将其用作其他含活泼氢水性高分子的固化剂，借此提高其性能，扩大应用范围。

1975年，日本koyo Sangyo以水性乙烯基树脂(如聚乙烯醇)－MDI作胶粘剂，制得优质木制品，可部分替代通用脲醛树脂，从此开发出非醛系环境友好类木材胶粘剂。现在，日本水性高分子－异氰酸酯胶粘剂在胶粘剂年生产量统计中，已单列一项。其1999年产量为10157t，2000年为13669t，2001年为13704t［2］。在日本经济不景气状况下其产量仍呈上升趋势。它主要用于建筑，木工和胶合权次之，部分替代通用脲醛胶粘剂。近年，日本将该技术移植到东南亚国家，就地制成木制品后，返回日本。北欧也已有该胶生产，用于家俱等木制品和住房装修，防止住房综合症。全球年消费量约3－4万t。

国内也有单位生产，例如南京60%聚酯多元醇林化所研制生产的水性高分子－异氰酸酯系木材胶粘剂性能已达到甚至在某些方面超过国外同类产品，深得国外同仁赞赏。为降低聚氨酯胶粘剂成本，又提高其他水性树脂的性能，APU常与聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯－乙酸乙烯酯等乳液和天然橡胶胶乳等复配。

美国Cytec Industries报道［3］，APU制备过程中，因预聚物粘度太大，常加用溶剂；若采用特异氰酸酯单体制备APU，可不用任何溶剂。该单体可为m－四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)，即苯二甲基二异氰酸酯分子中的两个甲基上的氢原子被甲基取代，提高于耐紫外光线老化性和水解稳定性，减弱了氢键作用，使断裂伸长率增加。此外，受甲基屏蔽影响，异氰酸酯的反应活性减弱，无副反应发生，即使在120－130℃与多元醇反应也无交联反应，便于制备APU。无副反应发生意味着聚合物可按分子结构设计控制合成。由m－TMXDI制得的胶粘剂的活化温度比用其他脂肪族异氰酸酯合成的低，即使不用外交联剂，也可将胶粘剂的活化温度与耐热温度间的距离拉开。

APU的优异特性日渐被人们认识，其应用研究和开拓工作不断取得新进展，现除在木材工业中应用外，尚已在软包装、汽车、涂层、涂饰、制鞋等工业中获得应用。预计不久的将监测电缆来会呈现更繁荣景象。 $分页符$

4、反应性热熔胶粘剂

反应性热熔聚氨酯胶粘剂(RHMA PU)是由Bostik公司于1984年开发成功且问世的，牌号为Supergrip2000。1990年代初期大量进入市场。它兼有热熔胶粘剂无溶剂、初粘性高、装配时定位迅速等特性，又有反应性胶粘剂的耐水、耐温、耐蠕变、耐湿和耐介质等性能。其施胶温度(120℃)又低于通用热熔胶粘剂(150℃)，可用于某些塑料部件粘接、复合，倍受现代自动化装配工业青睐，发展很快。随国家和地区不同，近年年增长率为7%—8%至10%－15%不等，美国发展最快。

RHMA PU常用聚酯多元醇作为多元醇原料，因其具有高结晶性和低结晶热。近年，为改善胶粘剂对塑料表面的润湿性，也开发非结晶无定型聚酯多元醇作原料。由于RHMAPU是－类基于杂化配合化学的胶粘剂，借助原料选择、配方调整，可使胶粘剂的露置时间延长到3min以上，便于施工，1Omin后，粘接强度可望达到6.89MPa。最终剪切强度可高达17－27MPa，延伸率达500%－700%。粘接强度随基材不同达2－10 MPa。

近年，在拓宽RHMA PU应用领域方面进行了大量开发工作，已在书本装订、汽车前灯玻璃/塑料粘接、制鞋、木制品和织物复合等领域获得专业电缆应用。以RHMA PU装订书本，不仅装订速度快，耐久，且便于纸张回收。有的公司如Loctite已开发出能粘接难粘材料聚烯烃的RHMA PU，为汽车内饰件的复合开辟了新途径。阻碍RHMA PU大量使用的关键是它对湿气敏感性很大，合成、运贮、使用过程均需严格隔离湿气，需采用特殊结构设备，造成不便。加之，商业品尚待提高固化物强度和活性，其价格也不菲，大多用户特别在发展中国持观望态度。现正在逐步设法解决，可望此类高性能、多功能胶粘剂的潜在市场将被逐渐广泛拓开。

5、硅烷化聚氨酯和聚醚

促进聚氨酯胶粘剂发展速度快的原因之一是汽车和建筑两大支柱产业的需用量增大。随着汽车生产向结构材料轻型化方向发展，必然采用铝、塑材料代替钢材，同时需要以粘接取代机械连接工艺。用聚氨酯胶粘剂能实施该工艺，因能良好地粘接膨胀系数不同的两种材料。1999年西欧用于汽车和运输市场的结构和半结构聚氨酯胶粘剂约2.3万t，美国2.2万t，日本1.6万t。它用以粘接SMC、FRP、ABS、PC、PU、聚丙烯酸酯等塑料和铝等轻金属材料。值得一提的是，全世界几乎90％现生产的汽车挡风玻璃采用直接上玻璃工艺，美、欧、日几乎全部。该工艺不仅解决了安全问题，且因结构符合空气动力学原理，可减少气流阻力，使车速加快，造价非常昂贵节约能源。每扇玻璃平均需800g聚氨酯胶粘剂。现该工艺已扩展到汽车后、侧窗。又因性能/价格诱人，正拓宽到卡车、大轿车、火车客车厢以及城市轻轨车厢等方面应用。其用量正在快速增长。

随着现代建筑业的迅速发展，防尘、防水、防有害气体等用密封剂的需用量日益增多，尤其建筑物幕墙结构出现，有重点开发高性能品类的倾向。2000年美国建筑用聚氨酯密封剂和腻子需用量为14.29万t，比有机硅(11.91万t)多；欧洲聚氨酯密封剂需用量为1.9万t，比有机硅(6.3万t)少［4］；日本2001年聚氨酯密封剂28129t与有机硅(28991t)相近［5］。

1980年日本Kaneka开发出以端硅烷聚醚为基料的弹性密封剂，后称为改性有机硅，给建筑弹性密封剂族增添了一优质品类。其粘度低，可填加更多的填料，降低成本；耐候性优良，可在室外长期使用；模量低、回弹性好，可抵御摩天楼伸缩缝高位移(±50%－100%)。其他尚有粘接对象广泛、对环境友好、本身不易沾污、上漆性良好、贮存稳定等优点［6］。它是由低不饱和度高相对分子质量端烯丙基聚氧化丙烯经氢硅烷化制得。

胶粘剂和密封剂配成物中采用端有机硅烷聚氨酯(SPUR)预聚体也已多年。SPUR工艺不仅提供具良好耐久性和卓越粘接性能的非异氰酸酯预聚体，且形成的聚合物可根据不同用途度体制作成高或低模量制品。

一般，硅烷化聚氨酯预聚体是先由二异氰酸酯与高相对分子质量多元醇反应制备聚氨酯预聚体中间体，采用TDI或IPDI二异氰酸酯以及Acclaim8200高相对分子质量聚氧化丙烯二醇作幼儿床原料，NCO／OH为1.3—1.5。继而，用N－乙基－r—氨基丙基—三甲氧基硅烷将聚氨酯预聚体封端。封端剂用仲氨基硅烷为好，它与异氰酸酯迅速反应，降低副反应产生机率，使预聚体粘度可控制在容许范围内［7］。硅烷化聚氨酯预聚物分子中保有氨基甲酸酯链，它赋予密封剂较高内聚力和较低低温粘度，但UV稳定性不如上述聚醚型。

将碳酸钙填料、二氧化钛触变剂、增塑剂、UV稳定剂和湿气捕捉剂以及硅烷粘接促进剂和湿固化催化剂分别加入上述两种改性有机硅中，制成密封剂。固化是通过三甲氧基硅烷与空气中湿气反应，水解聚合而成三维体的。

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