CN115975586A - 一种双组分聚氨酯结构胶及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双组分聚氨酯结构胶及其应用。本发明双组分聚氨酯结构胶通过筛选特定种类和配比的双酚A改性聚醚多元醇、蓖麻油改性多元醇、热激活催化剂、无机填料、触变剂、除水剂制成A组分，以及特定种类和配比的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体、多异氰酸酯、硅烷偶联剂、除水剂、无机填料和触变剂制成B组分，当A组分和B组分按照1:1体积比复配使用，常温操作时间可达60min以上，可通过短期加热提高固化速度，缩短定位时间，固化后对铝材、PET粘接强度高，适用于大型工序复杂的电池电芯部件粘接与固定。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯胶粘剂技术领域，具体涉及一种双组分聚氨酯结构胶及其应用。
背景技术
在动力电池的设计中，为了降低电池包重量，提高能量密度，电芯与电芯、电芯与壳体采用双组分聚氨酯结构胶进行粘接固定。在大型电池包装配过程中，工序繁多，历时较长，而在装配完毕后需立即移动进入下一步工序。为了达到这种工艺需求，电池生产商增加了短期加热措施来促进胶粘剂快速固化定位。这种工艺需要胶粘剂具有较长的操作时间，在短期加热条件下能快速固化。
在现有技术中，通过选用特殊的催化剂可以延长聚氨酯胶粘剂的操作时间，在特殊条件下可以加快聚氨酯胶粘剂的固化速度，但是受使用条件的影响，使用方面存在局限性。例如，专利文献CN102533200B公开了一种双组分聚氨酯胶粘剂，A组份的原料组成及重量百分含量为一元醇0-10％、多元醇30-90％、颜填料8-60％、纳米填料1-10％、催化剂0.01-1％、硅烷偶联剂0.1-5％；B组份为异氰酸酯。该专利技术将催化剂在羟基树脂中进行特殊包裹，在使用过程中依靠水与异氰酸酯同时作用将催化剂释放出来，来达到快速催化固化的效果。但是水分会导致聚氨酯固化发泡，影响粘接性。而且水分会影响电子元器件尤其是电池电芯的绝缘性能，这种专利技术不适用于严格杜绝水分的电子元器件行业。专利文献CN104164206A公开了一种热敏型聚氨酯灌封胶的制备方法，制备步骤为：将聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、1,2-二甲基咪唑或N,N’,N”-三甲基胺乙基哌嗪、双(二甲胺基乙基)醚衍生物混合均匀做为多元醇组分。将阻燃剂和多异氰酸酯混合均匀，得到多异氰酸酯组分。将多元醇组分和多异氰酸酯组分按质量比100:50～100混合均匀，脱泡得到热敏型聚氨酯灌封胶。由该方法制备的聚氨酯灌封胶操作时间长，固化速度可由温度调节。但是所使用的热敏型催化剂和热敏型助剂都属于胺类，在水分的干扰下，存在固化发泡的问题，限制了灌封胶的使用。并且该聚氨酯灌封胶强度较低，不适合用于结构粘接。
为此，有必要开发一种操作时间长、可通过加热缩短定位时间的双组分聚氨酯结构胶，用于大型工序复杂的电池电芯部件粘接与固定。
发明内容
基于此，有必要提供一种双组分聚氨酯结构胶及其应用，可操作时间长，且可通过加热缩短定位时间。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种导热双组分聚氨酯结构胶，包括A组分和B组分；
所述A组分主要由如下重量份的各原料制备而成：双酚A改性聚醚多元醇150-200份、蓖麻油改性多元醇220-300份、二聚酸改性聚酯多元醇100-150份、扩链剂10-20份、第一催化剂3-5、第一填料300-450份、第一触变剂10-30份、颜料1-3份以及第一除水剂20-30份；
所述B组分主要由如下重量份的各原料制备而成：端异氰酸酯基聚氨酯预聚体600-650份、多异氰酸酯40-50份、硅烷偶联剂5-7份、第二除水剂20-30份、第二填料250-320份以及第二触变剂10-30份；并且，所述端异氰酸酯基聚氨酯预聚体由重量比为(240-540):(430-720):(30-50):(0.02-0.05)的二聚酸改性聚酯多元醇、多异氰酸酯、增塑剂、第二催化剂反应制备而成；
其中，所述第一催化剂为具有长支链结构的有机锡化合物，结构通式如下：
其中m，n为大于3，小于9的整数；a，b，c，d为大于0，小于7的整数；R1和R3为
或-CH2-；R2和R4为H、-CH3或-CH2-CH3。
所述第一催化剂优选空气化工的DABCO T131，赢创KOSMOS T820和KOSMOS 16其中的一种。
在其中一些实施例中，所述双酚A改性聚醚二元醇，相对分子量为350-500，羟值为220-295mgKOH/g。优选地，双酚A改性聚醚二元醇采用法国阿科玛330HP，中国台湾中日合成化学股份有限公司的BAP-3，韩国汉农Koremul-BSA-40、Koremul-BSA-60、Koremul-BSA-30F。
在其中一些实施例中，所述蓖麻油改性多元醇选自德国欧宝迪ALBODUR 955、ALBODUR 956、ALBODUR 965和日本伊藤制油的AC-009其中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述二聚酸改性聚酯多元醇相对分子量为1800-2100，羟值为52-60mgKOH/g，优选上海精日的DA21、DA2110和比利时Oleon的Radia 7287。
在其中一些实施例中，所述扩链剂为含有伯羟基的二元醇，相对分子量为50～150，优选一缩二丙二醇、一缩二乙二醇、1,4-丁二醇、乙二醇的至少一种。
在一些实施例中，所述第一填料和所述第二填料均选自，粒径为5-40μm，表面采用烷氧基硅烷偶联剂处理的氢氧化铝、氧化铝、空心玻璃微珠和硬脂酸改性超细碳酸钙中的至少一种。
在一些实施例中，所述颜料优选自铁黑、酞青蓝、铁黄的其中一种。
在一些实施例中，所述第一触变剂和所述第二触变剂均为疏水型气相二氧化硅，优选自美国德固赛R972。
在一些实施例中，所述第一除水剂和第二除水剂均优选自4A分子筛。
在一些实施例中，所述多异氰酸酯选自4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体中的至少一种，优选烟台万华的H12MDI、IPDI、和拜耳的desmodur N3300其中的至少一种。
在一些实施例中，所述硅烷偶联剂选自β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，所述增塑剂选自异丙基化磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸二苯基异辛酯中的至少一种。
在一些实施例中，所述第二催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、新葵酸铋中的至少一种。
本发明一种双组分聚氨酯结构胶的制备方法，包括如下步骤：
制备A组分：按照上述任一项所述的导热双组分聚氨酯胶粘剂的A组分的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得；
制备B组分：
制备端异氰酸酯基聚氨酯预聚体：按照上述任一项所述的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的组成，将聚酯多元醇和增塑剂加入烧瓶中，升温至115℃-120℃，抽真空，搅拌脱水，降温至60℃，用氮气解除真空，加入多异氰酸酯和第二催化剂，升温至80℃，保温反应1.5-2h，边搅拌边降温至60℃，密封保存备用；
按照上述任一项所述的导热双组分聚氨酯胶粘剂的B组分的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得。
本发明还提供上述的双组分聚氨酯结构胶在大型工序复杂的电池电芯部件制备中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明双组分聚氨酯胶粘剂通过筛选特定种类和配比的双酚A改性聚醚多元醇、蓖麻油改性多元醇、热激活催化剂、无机填料、触变剂、除水剂制成A组分，以及特定种类和配比的端异氰酸酯基聚氨酯预聚体、多异氰酸酯、硅烷偶联剂、除水剂、无机填料和触变剂制成B组分，当A组分和B组分按照1:1体积比复配使用，常温操作时间可达60min以上，可通过短期加热提高固化速度，缩短定位时间，固化后对铝材、PET粘接强度高，适用于大型工序复杂的电池电芯部件粘接与固定。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。
以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
部分材料来源及理化参数说明：
双酚A改性聚醚二元醇，分别购自：采用法国阿科玛330HP(相对分子量400，羟值280mgKOH/g)，中国台湾中日合成化学股份有限公司的BAP-3(相对分子量395，羟值285mgKOH/g)，韩国汉农Koremul-BSA-40(相对分子量410，羟值278mgKOH/g)、Koremul-BSA-60(相对分子量500，羟值225mgKOH/g)和Koremul-BSA-30F(相对分子量400，羟值280mgKOH/g)。
蓖麻油改性多元醇，分别购自：德国欧宝迪ALBODUR 955(相对分子量387，羟值290mgKOH/g)、ALBODUR 956(相对分子量368，羟值305mgKOH/g)、ALBODUR 965(相对分子量385，羟值291mgKOH/g)和日本伊藤制油的AC-009(相对分子量500，羟值223mgKOH/g)。
二聚酸改性聚酯多元醇，分别购自：上海精日的DA21(相对分子量2000，羟值56mgKOH/g)、DA2110(相对分子量2000，羟值56mgKOH/g)，比利时Oleon的Radia 7287(相对分子量2000，羟值56mgKOH/g)。
长支链结构的有机锡化合物：空气化工的DABCO T131，赢创KOSMOS T820和KOSMOS16。
多异氰酸酯：烟台万华的H12MDI、IPDI，拜耳的desmodur N3300。
实施例1
本实施例提供一种双组分聚氨酯结构胶，其组成见下表1：
表1实施例1的双组分聚氨酯结构胶的组成表
本实施例的双组分聚氨酯结构胶的制备方法包括如下步骤：
A组分的制备：按照表1中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得A1组分。
B组分的制备：
端异氰酸酯基预聚体1的制备：按照表1中的用量，将Radia 7287、异丙基化磷酸三苯酯加入烧瓶中，升温至120℃，抽真空至-0.095MPa，搅拌脱水2h，后降温至60℃，用氮气解除真空，加入H12MDI、辛酸亚锡，升温至80℃，保温反应2h，边搅拌边降温至60℃，密封保存，待用。
再按照表1中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得B1组分。
将A1和B1装入1:1塑料双管包装中密封保存，配套使用。
实施例2
本实施例提供一种双组分聚氨酯结构胶，其组成见下表2所示：
表2实施例2的双组分聚氨酯结构胶的组成表
本实施例的一种双组分聚氨酯结构胶的制备方法包括如下步骤：
A组分的制备：按照表2中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得A2组分。
B组分的制备：
端异氰酸酯基预聚体2的制备：按照表2中的比例，将DA21、磷酸三甲苯酯加入烧瓶中，升温至120℃，抽真空至-0.095MPa，搅拌脱水2h，后降温至60℃，用氮气解除真空，加入IPDI、二月桂酸二丁基锡，升温至80℃，保温反应2h，边搅拌边降温至60℃，密封保存，待用。
按照表2中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得B2组分。
将A2和B2装入1:1塑料双管包装中密封保存，配套使用。
实施例3
本实施例提供一种双组分聚氨酯结构胶，其组成见下表3所示：
表3实施例3的双组分聚氨酯结构胶的组成表
本实施例的一种双组分聚氨酯结构胶的制备方法包括如下步骤：
A组分的制备：按照表3中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得A3。
B组分的制备：
端异氰酸酯基预聚体3的制备：按照表3中的比例，将DA2110、磷酸甲苯二苯酯加入烧瓶中，升温至120℃，抽真空至-0.095MPa，搅拌脱水2h，后降温至60℃，用氮气解除真空，加入desmodur N3300、新葵酸铋，升温至80℃，保温反应2h，边搅拌边降温至60℃，密封保存，待用。
按照表3中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得B3。
将A3和B3装入1:1塑料双管包装中密封保存，配套使用。
实施例4
本实施例提供一种双组分聚氨酯结构胶，其组成见下表4所示：
表4实施例4的双组分聚氨酯结构胶的组成表
本实施例的一种双组分聚氨酯结构胶的制备方法包括如下步骤：
A组分的制备：按照表3中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得A4。
B组分的制备：
端异氰酸酯基预聚体4的制备：按照表4中的比例，将DA21、磷酸二苯基异辛酯加入烧瓶中，升温至120℃，抽真空至-0.095MPa，搅拌脱水2h，后降温至60℃，用氮气解除真空，加入IPDI、二月桂酸二丁基锡，升温至80℃，保温反应2h，边搅拌边降温至60℃，密封保存，待用。
按照表4中的组成称量各原料，抽真空，搅拌分散均匀，即得B4。
将A4和B4装入1:1塑料双管包装中密封保存，配套使用。
对比例1
本对比例提供一种双组分聚氨酯结构胶，在实施例1的基础上保持物料比例不变和制备工艺相同，区别仅在于：仅将A组分的长支链结构的有机锡化合物催化剂等量替换为二月桂酸二丁基锡。，其它物料种类及配比保持不变
对比例2
本对比例提供一种双组分聚氨酯结构胶，在实施例1的基础上保持制备工艺相同，区别仅在于：将A组分的长支链结构的有机锡化合物催化剂替换为二月桂酸二丁基锡，并减少其添加量至1份。其它物料种类及配比保持不变
对比例3
本对比例提供一种双组分聚氨酯结构胶，在实施例1的基础上保持制备工艺相同，区别仅在于：A组分不含一缩二丙二醇扩链剂，其它物料种类及配比保持不变。
对比例4
本对比例提供一种双组分聚氨酯结构胶，在实施例1的基础上保持制备工艺相同，区别仅在于：端异氰酸酯基预聚体和B组分的制备原料中，将H12MDI等量替换为烟台万华的二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-100，其它物料种类及配比保持不变。
对比例5
本对比例提供一种双组分聚氨酯结构胶，在对比例4的基础上持制备工艺相同，区别仅在于：将A组分中的催化剂DABCO T131用量减少至0.1份，其它物料种类及配比保持不变。
性能测试
分别将实施例1至4以及对比例1至5制备的聚氨酯结构胶进行性能测试：
(1)操作时间测试：在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)％RH的环境下，将A、B组分按体积比1:1混合约20g，开始计时。每间隔一定时间用玻璃棒轻触胶体表面，记录胶体表面不拉丝的时间。
(2)加热固化短期强度测试：按照GB/T 7124-2008标准进行测试，将A、B组分按体积比1:1混合均匀，将未经底涂及表面处理的3003铝材和3003铝材相互粘接，制备剪切试片，将剪切试片放进80℃的烘箱中分别固化5min，7min，9min，11min，13min，15min，17min后取出立即在室温下测试剪切强度。
(3)室温完全固化剪切强度测试：按照GB/T 7124-2008标准进行测试，将A、B组分按体积比1:1混合均匀，将未经底涂及表面处理的PET蓝膜和3003铝材相互粘接、3003铝材和3003铝材相互粘接，制备剪切试片，将剪切试片在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)％RH的环境下固化7天，测试剪切强度。
(4)拉伸强度和断裂伸长率测试：将A、B组分按体积比1:1混合均匀后压制成厚度为2mm左右的薄片，在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)％RH的环境下固化7天，按照标准测试，采用Ⅰ型刀具。
相应测试结果见下表5：
表5性能测试结果统计表
由上表可以看出，实施例1-4制备的双组分聚氨酯结构胶操作时间大于60min，加热固化强度上升快，其中80℃加热固化15min剪切强度达到0.6MPa以上，室温完全固化剪切强度大于10MPa，拉伸强度大于9MPa，断裂伸长率大于50％，适用于大型工序复杂的电池电芯部件粘接与固定。
而对比例1中加热固化强度上升幅度没有实施例1的大，且操作时间很短。对比例2的操作时间有所延长，但加热固化强度上升幅度更小。从对比例1和对比例2可以看出，常规有机锡催化剂只能通过增加使用量来加快热固化速度，但操作时间也随之缩短，难于同时兼顾长操作时间和快速热固化。对比例3的操作时间较长，但热固化强度上升幅度比实施例1小，说明采用特定种类的扩链剂有助于提升本发明的双组分聚氨酯结构胶的热固化速度。对比例4热固化强度上升幅度比较大，但操作时间很短，对比例5的操作时间较长，但热固化强度上升幅度却明显小于对比例4，说明采用特定种类的异氰酸酯难于兼顾长操作时间和快速热固化。
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，包括应用时按照体积比1：1混合的A组分和B组分；
所述A组分主要由如下重量份的各原料制备而成：双酚A改性聚醚多元醇150-200份、蓖麻油改性多元醇220-300份、二聚酸改性聚酯多元醇100-150份、扩链剂10-20份、第一催化剂3-5份、第一填料300-450份、第一触变剂10-30份、颜料1-3份以及第一除水剂20-30份；
所述B组分主要由如下重量份的各原料制备而成：端异氰酸酯基聚氨酯预聚体600-650份、多异氰酸酯40-50份、硅烷偶联剂5-7份、第二除水剂20-30份、第二填料250-320份以及第二触变剂10-30份；并且，所述端异氰酸酯基聚氨酯预聚体由重量比为(240-540):(430-720):(30-50):(0.02-0.05)的二聚酸改性聚酯多元醇、多异氰酸酯、增塑剂、第二催化剂反应制备而成；
其中，所述第一催化剂为具有长支链结构的有机锡化合物，结构通式如下：
其中m、n均为大于3、小于9的整数；a、b、c、d均为大于0、小于7的整数；R1和R3选自
或-CH2-；R2和R4为H、甲基或乙基。
2.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述第一催化剂选自DABCO T131、KOSMOS T820、KOSMOS 16中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述双酚A改性聚醚二元醇的相对分子量为350-500，羟值为220-295
mgKOH/g；和/或
所述蓖麻油改性多元醇的相对分子量为360-550，羟值为190-310mgKOH/g；和/或
所述二聚酸改性聚酯多元醇相对分子量为1800-2100，羟值为52-60mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述扩链剂为含有伯羟基的二元醇，相对分子量为50～150。
5.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述第一填料和所述第二填料均选自，粒径为5-40μm，表面采用烷氧基硅烷偶联剂处理的氢氧化铝、氧化铝、空心玻璃微珠和硬脂酸改性超细碳酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述第一触变剂和所述第二触变剂均为疏水型气相二氧化硅；和/或
所述的颜料为铁黑、酞青蓝、铁黄的一种；和/或
所述第一除水剂和第二除水剂均为4A分子筛。
7.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述多异氰酸酯选自4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述第二催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、新葵酸铋中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯结构胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；和/或
所述增塑剂选自异丙基化磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸二苯基异辛酯中的至少一种。
10.权利要求1至9任一项所述的双组分聚氨酯结构胶在制备电池电芯部件中的应用。
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