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CN111574952A - 一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂 - Google Patents

一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂 Download PDF

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CN111574952A CN202010505022.9A CN202010505022A CN111574952A CN 111574952 A CN111574952 A CN 111574952A CN 202010505022 A CN202010505022 A CN 202010505022A CN 111574952 A CN111574952 A CN 111574952A
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程有仙
童艳丽
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Abstract

本发明公开了一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.2‑1.5；A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇25‑35份、15‑20份、改性纳米二氧化硅1‑2份、催化剂0.2‑0.3份、抗氧剂0.1‑0.2份；B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。本发明采用聚酯多元醇作为A组份的主要物质，能够避免有机溶剂的使用，达到环保的要求，并且木质素的引入能够提高胶膜的交联度和耐热性，起到增强胶黏剂的耐水耐热性和力学强度；此外，改性纳米二氧化硅起到颗粒交联点的作用，提高胶黏剂的固化速率，提高胶膜的网络致密性；制得的聚氨酯胶黏剂具有良好的粘合强度和力学强度，适用于镀铝膜的复合。

Description

一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂
技术领域
本发明属于聚氨酯胶黏剂领域，具体地，涉及一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂。
背景技术
复合镀铝膜是一种不可或缺的包装材料，可用于包装各种形状的产品，也可以任意造成各种形状的容器，镀铝复合膜既具有塑料薄膜的特性，又具有金属特性，从一定程度上替代了铝箔，具有广泛的应用空间。一般采用聚氨酯胶黏剂对镀铝膜进行复合。
目前的聚氨酯复膜胶粘剂以溶剂型产品居多，经过这么多年的发展，性能与技术也达到一定的水平，但溶剂型的胶粘剂有气味、有毒、易燃、易挥发，且易爆、有溶剂残留、污染环境等一系列问题。而无溶剂型聚氨酯复膜胶粘剂不使用溶剂，能够有效就解决传统胶黏剂有气味、有毒、易燃、易爆、且易挥发，复合制品有溶剂残留、污染环境等问题。产品使用过程中无需干燥，降低能耗，复合效率高，最高可达600多米/min(溶液型的复合速度一般为150米/min)。而且复合膜平整，结构尺寸稳定，适应性广，对各类材质均有良好的粘接效果。但是将无溶剂聚氨酯胶黏剂应用于镀铝膜的复合时，要求胶黏剂具备较强的粘结力和较高的操作性，使铝箔与塑料薄膜无分层、剥离现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，采用聚酯多元醇作为A组份的主要物质，通过对聚酯多元醇中各原料的选取和用量的控制，得到一种液态的聚酯多元醇，能够避免有机溶剂的使用，达到环保的要求，并且木质素的引入能够提高胶膜的交联度和耐热性，起到增强胶黏剂的耐水耐热性和力学强度；此外，通过在胶黏剂中加入改性纳米二氧化硅，起到颗粒交联点的作用，提高胶黏剂的固化速率，提高胶膜的网络致密性，进而提高胶膜的力学强度；本发明制得的聚氨酯胶黏剂为一种无溶剂型双组份胶黏剂，具有良好的粘合强度和力学强度，适用于镀铝膜的复合。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.2-1.5；
其中，A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇25-35份、15-20份、改性纳米二氧化硅1-2份、催化剂0.2-0.3份、抗氧剂0.1-0.2份；
按照重量份数将聚酯二元醇、改性纳米二氧化硅、催化剂和抗氧剂混合，于25-30℃温度下搅拌均匀，得到A组份；
B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
进一步地，所述催化剂为铋催化剂。
进一步地，所述聚酯多元醇由如下方法制备：
(1)按照一定的质量比将癸二酸、丙三醇、乙二醇和新戊二醇加入到四口烧瓶中，加热到癸二酸呈熔化状态；
(2)往上述混合物中加入适量的木质素，通氮气升温至140-145℃，反应3h后加入一定量的催化剂三氧化二锑，而后继续升温至160-165℃反应3h；
(3)反应结束后，调节真空度为-0.064MPa，反应30-40min，再调节真空度为-0.088MPa反应30-40min，降温至室温，得到聚酯多元醇。
进一步地，步骤(1)中癸二酸、丙三醇、乙二醇和新戊二醇的质量比为12:2:6:7。
进一步地，步骤(2)中木质素与丙三醇的质量比为7:5，三氧化二锑的加入量为体系质量的1％。
进一步地，所述改性纳米二氧化硅由如下方法制备：
1)将3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷加入至乙醇水溶液中，搅拌混合均匀，得到改性液；
2)按照固液比1g:12-15mL将纳米二氧化硅加入至改性液中，先超声分散15-20min，再加热回流反应4-5h，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3-4次，干燥，得到改性纳米二氧化硅。
进一步地，乙醇水溶液的质量分数为60％，3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与乙醇水溶液的体积比为1:10。
本发明的有益效果：
本发明采用聚酯多元醇作为A组份的主要物质，乙二醇为结构规整性强的对称性小分子，当其与癸二酸结合时，形成结晶性好的固体聚酯多元醇，而新戊二醇存在着对称的侧甲基，影响了大分子链的敛集，导致新戊二醇与癸二酸制得的聚酯二元醇分子间作用力减弱，成为结晶性差的液体，因此，通过引入新戊二醇，可以得到液态聚酯多元醇；液态聚酯多元醇在后续与固化剂的混合中不需使用溶剂溶解，从而避免了聚氨酯胶黏剂制备过程中有毒溶剂的添加，更为环保；并且在聚酯多元醇聚合过程中引入了木质素分子，木质素分子本身具备较为复杂的结构，木质素分子的引入使得聚酯多元醇结构更为复杂，出现了许多如羰基、醚氧基和胺基等可以形成氢键的官能团，能够提高与固化剂的反应活性位点，提高胶黏剂的固化速率，并能使胶膜形成交联的网状结构，提高胶膜的耐水性和强度；此外，木质素分子在高温时能够释放更多的酚羟基结构，可以对高温降解起到一定的阻碍抑制作用，使得胶黏剂拥有较好的耐热性能；
本发明在A组份中还加入了改性纳米二氧化硅，3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷面修饰过的SiO2无机粒子，一方面，表面修饰作用能够减弱纳米粒子之间的团聚现象，提高无机纳米粒子与胶黏剂基体的相容性，促进无机纳米粒子在胶黏剂中的分散；另一方面，硅烷分子上含有碳碳双键，使得改性纳米二氧化硅粒子能通过接枝反应参与黏合剂聚合物网络的形成，起到颗粒交联点的作用，提高胶黏剂的固化速率，提高胶膜的网络致密性，进而提高胶膜的力学强度；
本发明采用聚酯多元醇作为A组份的主要物质，通过对聚酯多元醇中各原料的选取和用量的控制，得到一种液态的聚酯多元醇，能够避免有机溶剂的使用，达到环保的要求，并且木质素的引入能够提高胶膜的交联度和耐热性，起到增强胶黏剂的耐水耐热性和力学强度；此外，通过在胶黏剂中加入改性纳米二氧化硅，起到颗粒交联点的作用，提高胶黏剂的固化速率，提高胶膜的网络致密性，进而提高胶膜的力学强度；本发明制得的聚氨酯胶黏剂为一种无溶剂型双组份胶黏剂，具有良好的粘合强度和力学强度，适用于镀铝膜的复合。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.2-1.5；
其中，A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇25-35份、15-20份、改性纳米二氧化硅1-2份、催化剂0.2-0.3份、抗氧剂0.1-0.2份；
催化剂为铋催化剂(异辛酸铋)；
按照重量份数将聚酯二元醇、改性纳米二氧化硅、催化剂和抗氧剂混合，于25-30℃温度下搅拌均匀，得到A组份；
聚酯多元醇由如下方法制备：
(1)按照一定的质量比将癸二酸、丙三醇、乙二醇和新戊二醇加入到四口烧瓶中，加热到癸二酸呈熔化状态；
其中，癸二酸、丙三醇、乙二醇和新戊二醇的质量比为12:2:6:7；
(2)往上述混合物中加入适量的木质素(木质素与丙三醇的质量比为7:5)，通氮气升温至140-145℃，反应3h后加入一定量的催化剂三氧化二锑(三氧化二锑的加入量为体系质量的1％)，而后继续升温至160-165℃反应3h；
(3)反应结束后，调节真空度为-0.064MPa，反应30-40min，再调节真空度为-0.088MPa反应30-40min，降温至室温，得到聚酯多元醇；
乙二醇为结构规整性强的对称性小分子，当其与癸二酸结合时，形成结晶性好的固体聚酯多元醇，而新戊二醇存在着对称的侧甲基，影响了大分子链的敛集，导致新戊二醇与癸二酸制得的聚酯二元醇分子间作用力减弱，成为结晶性差的液体，因此，通过引入新戊二醇，可以得到液态聚酯多元醇；液态聚酯多元醇在后续与固化剂的混合中不需使用溶剂溶解，从而避免了聚氨酯胶黏剂制备过程中有毒溶剂的添加，更为环保；并且在聚酯多元醇聚合过程中引入了木质素分子，木质素分子本身具备较为复杂的结构，木质素分子的引入使得聚酯多元醇结构更为复杂，出现了许多如羰基、醚氧基和胺基等可以形成氢键的官能团，能够提高与固化剂的反应活性位点，提高胶黏剂的固化速率，并能使胶膜形成交联的网状结构，提高胶膜的耐水性和强度；此外，木质素分子在高温时能够释放更多的酚羟基结构，可以对高温降解起到一定的阻碍抑制作用，使得胶黏剂拥有较好的耐热性能；
改性纳米二氧化硅由如下方法制备：
1)将3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷加入至乙醇水溶液中，搅拌混合均匀，得到改性液；
乙醇水溶液的质量分数为60％，3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与乙醇水溶液的体积比为1:10；
2)按照固液比1g:12-15mL将纳米二氧化硅加入至改性液中，先超声分散15-20min，再加热回流反应4-5h，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3-4次，干燥，得到改性纳米二氧化硅；
3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷面修饰过的SiO2无机粒子，一方面，表面修饰作用能够减弱纳米粒子之间的团聚现象，提高无机纳米粒子与胶黏剂基体的相容性，促进无机纳米粒子在胶黏剂中的分散；另一方面，硅烷分子上含有碳碳双键，使得改性纳米二氧化硅粒子能通过接枝反应参与黏合剂聚合物网络的形成，起到颗粒交联点的作用，提高胶黏剂的固化速率，提高胶膜的网络致密性，进而提高胶膜的力学强度；
B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
使用时，按照比例将B组份加入至A组份中，在室温条件下进行搅拌混合，直至形成膏状物，得到聚氨酯胶黏剂。
实施例1
一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.2；
其中，A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇25份、15份、改性纳米二氧化硅1份、催化剂0.2份、抗氧剂0.1份；
按照重量份数将聚酯二元醇、改性纳米二氧化硅、催化剂和抗氧剂混合，于25℃温度下搅拌均匀，得到A组份；
B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
按照比例将B组份加入至A组份中，在室温条件下进行搅拌混合，直至形成膏状物，得到聚氨酯胶黏剂。
实施例2
一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.4；
其中，A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇30份、18份、改性纳米二氧化硅1.5份、催化剂0.25份、抗氧剂0.15份；
按照重量份数将聚酯二元醇、改性纳米二氧化硅、催化剂和抗氧剂混合，于28℃温度下搅拌均匀，得到A组份；
B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
按照比例将B组份加入至A组份中，在室温条件下进行搅拌混合，直至形成膏状物，得到聚氨酯胶黏剂。
实施例3
一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.5；
其中，A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇35份、20份、改性纳米二氧化硅2份、催化剂0.3份、抗氧剂0.2份；
按照重量份数将聚酯二元醇、改性纳米二氧化硅、催化剂和抗氧剂混合，于30℃温度下搅拌均匀，得到A组份；
B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；
按照比例将B组份加入至A组份中，在室温条件下进行搅拌混合，直至形成膏状物，得到聚氨酯胶黏剂。
对比例
市售双组份聚氨酯胶黏剂。
对实施例1-3和对比例制得的胶黏剂做如下性能测试：将胶黏剂涂于聚四氟乙烯板上，在60℃下固化48h得到聚氨酯胶黏剂涂膜，拉伸性能按照QB/T2415-1998进行测试；按照GB/T 2791-1995，对固化后的聚氨酯膜进行T剥离强度测试；剪切强度按照GB 7124-1986进行测试；采用热重分析仪测试耐热性能，测试结果如下表：
Figure BDA0002526224210000081
由上表可知，实施例1-3制得的胶黏剂在形成胶膜后拉伸强度为8.5-8.9MPa，剥离强度为240-248N·m-1，剪切强度为4.8-5.0N·mm-2，说明本发明制得的胶黏剂具有较高的力学强度和粘性；实施例1制得的胶膜的热解过程分为两个阶段，第一阶段为330℃，第二阶段为460℃，说明本发明制得的胶黏剂具有良好的耐热性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，包括A组份和B组份，A组份与B组份的质量为1:1.2-1.5；
其中，A组份由以下成分组成，按重量份计：聚酯多元醇25-35份、15-20份、改性纳米二氧化硅1-2份、催化剂0.2-0.3份、抗氧剂0.1-0.2份；
按照重量份数将聚酯二元醇、改性纳米二氧化硅、催化剂和抗氧剂混合，于25-30℃温度下搅拌均匀，得到A组份；
B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述催化剂为铋催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述聚酯多元醇由如下方法制备：
(1)按照一定的质量比将癸二酸、丙三醇、乙二醇和新戊二醇加入到四口烧瓶中，加热到癸二酸呈熔化状态；
(2)往上述混合物中加入适量的木质素，通氮气升温至140-145℃，反应3h后加入一定量的催化剂三氧化二锑，而后继续升温至160-165℃反应3h；
(3)反应结束后，调节真空度为-0.064MPa，反应30-40min，再调节真空度为-0.088MPa反应30-40min，降温至室温，得到聚酯多元醇。
4.根据权利要求3所述的一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，步骤(1)中癸二酸、丙三醇、乙二醇和新戊二醇的质量比为12:2:6:7。
5.根据权利要求3所述的一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，步骤(2)中木质素与丙三醇的质量比为7:5，三氧化二锑的加入量为体系质量的1％。
6.根据权利要求1所述的一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅由如下方法制备：
1)将3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷加入至乙醇水溶液中，搅拌混合均匀，得到改性液；
2)按照固液比1g:12-15mL将纳米二氧化硅加入至改性液中，先超声分散15-20min，再加热回流反应4-5h，抽滤，用无水乙醇和去离子水分别洗涤3-4次，干燥，得到改性纳米二氧化硅。
7.根据权利要求6所述的一种镀铝膜复合专用的双组份无溶剂聚氨酯胶粘剂，其特征在于，乙醇水溶液的质量分数为60％，3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与乙醇水溶液的体积比为1:10。
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