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胶行业应用 | 胶粘剂行业的未来之星——聚氨酯胶粘剂

2017-08-30


 聚氨酯胶粘剂分子链中含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)或异氰酸酯基(-NCO),分为多异氰酸酯和聚氨酯两大类。聚氨酯胶粘剂,都是通过体系中的异氰酸酯基团与体系内或者体系外含活泼氢的物质发生反应,生成聚氨酯基团或者聚脲,从而使得体系强度大大提高而实现粘接的目的。

胶粘剂是以粘料为主剂,配合各种固化剂、增塑剂、填料、溶剂、防腐剂、稳定剂和偶联剂等助剂配制而成。近年来,随着材料研制水平的迅速提高,各种适用性更强的胶粘剂接连问世,大大充实了胶粘剂市场。

 

一、发展现状

聚氨酯胶粘剂是一种中高档胶粘剂,具有优良的柔韧性、耐冲击性、耐化学品性、耐磨性,最重要的是它的耐低温性。通过调节原料和配方,可以设计出适合各种材料间的粘接、各种不同用途的多类型聚氨酯胶粘剂。聚氨酯胶粘剂最早于1947年应用于军事领域,由拜耳公司将三苯基甲烷三异氰酸酯成功地应用于金属与橡胶的粘接,使用到坦克的履带上,为聚氨酯胶粘剂工业奠定了基础。日本于1954年引进德国和美国技术,1966年开始生产聚氨酯胶粘剂,开发成功乙烯类聚氨酯水性胶粘剂,并于1981年投入工业化生产。目前日本聚氨酯胶粘剂的研究与生产十分活跃,并与美国、西欧一起成为聚氨酯生产、出口大国。20世纪80年代后,聚氨酯胶粘剂发展迅速,现已成为一个品种繁多、应用广泛的行业。

我国于1956年研制并生产三苯基甲烷三异氰酸酯(列克纳胶),很快又生产了甲苯二异氰酸酯(TDI)、双组分溶剂型聚氨酯胶粘剂,至今仍为我国聚氨酯胶粘剂中产量最大的品种。之后,我国陆续从国外引进许多先进的生产线和产品,其中需要大量进口的聚氨酯胶粘剂与其配套,因此促进了国内研究单位加速聚氨酯胶粘剂的开发。特别是在1986年以后,我国聚氨酯工业进入迅速发展时期。近几年聚氨酯胶的价格在不断降低,目前聚氨酯胶的价格仅比氯丁胶高出20%左右,为聚氨酯胶占领氯丁胶市场提供了条件。

1.1生产方法

聚氨酯胶的生产方式包括溶液法和固体树脂溶解法。目前我国大陆生产鞋用聚氨酯胶的企业有一百余家,其中有二十余家规模大的企业,南光、霸力等公司的生产能力在万吨/年级以上,基本上都是采用西班牙、德国、美国及我国台湾进口树脂进行溶解,生产聚氨酯胶。鉴于生产企业众多,竞争越来越激烈,为了有技术和价格上的优势,一些大型胶粘剂厂已着手建设溶液法生产聚氨酯胶装置,因此溶解法聚氨酯胶产量的比例会降低。

目前常见的聚氨酯胶是溶剂型。同氯丁胶一样,存在着毒性、污染环境的问题。近几年来陆续出现无“三苯”聚氨酯胶,即采用酮类、酯类等混合溶剂,毒性是降低了,但问题没有得到根本解决。

1.2组成分类

聚氨酯胶按反应组成分类,可分为多异氰酸酯胶粘剂、含异氰酸酯基的聚氨酯胶粘剂、含羟基聚氨酯胶粘剂和聚氨酯树脂胶粘剂。

按用途与特性分类,可分为通用型胶粘剂、食品包装用胶粘剂、鞋用胶粘剂、纸塑复合用胶粘剂、建筑用胶粘剂、结构用胶粘剂、超低温用胶粘剂、发泡型胶粘剂、厌氧型胶粘剂、导电性胶粘剂、热熔型胶粘剂、压敏型胶粘剂、封闭型胶粘剂、水性胶粘剂以及密封胶粘剂等。


二、主要应用领域

2.1木工行业

随着世界性森林资源急剧减少和我国天然林资源保护工程的实施,小木材拼大板就要求胶粘剂粘接强度和耐久、耐候等性能优于木材本身。胶粘剂用量的多少,已成为衡量木材工业技术发展水平的标志。过去人们用的木材胶粘剂多为以甲醛为主要原料的脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰氨甲醛树脂,但由于游离的甲醛存在,产品使用期间会逐渐向周围散发甲醛气体,造成环境污染。木材加工行业已开始将目光投向新型的环保胶粘剂——聚氨酯胶,以期减少对环境的污染。木工行业使用的单组分湿气固化聚氨酯胶粘剂是液态的,在室温下使用。通常其粘接强度高、柔韧性和耐水性好,并能和许多非木基材(如金属、塑料、橡胶等)粘接。单组分聚氨酯胶粘剂在测试中所表现出的干、湿强度均要好于酚醛胶粘剂。粘接前,在粘接基材表面涂布羟甲基间苯二酚(HMR)偶合剂可以提高粘接强度。

2.2制鞋行业

我国是一个制鞋大国,鞋用胶粘剂的发展经历三代后,随着全球性环保意识的提高,以及石油危机的加剧,促使第四代环保无溶剂型和水基型鞋用胶粘剂的出现。近年来,水性聚氨酯的制备工艺已日趋成熟。对于一些低极性鞋材,如SBS等材质的粘接,聚氨酯胶粘剂的剥离强度达不到要求。通过添加增粘树脂等进行改性,可开发出具有结晶度高、结晶速度快、内聚强度大和剥离强度较理想的聚氨酯鞋用胶粘剂。

2.3包装业

软包装以其轻质方便、保鲜期长、卫生、易贮存运输、易拆开、垃圾量少及货架效应良好等独特的综合性能,现已超过硬包装,如塑料、玻璃瓶和罐等。聚氨酯胶粘剂由于其优异的性能,可将不同性质的薄膜材料粘接在一起得到耐寒、耐油、耐药品、透明、耐磨等各种性能的软包装用复合薄膜。目前,在国内外市场中,聚氨酯胶粘剂已经成为软包装用复合薄膜加工的主要胶粘剂。

在国内包装用复合薄膜制造业中,聚氨酯胶粘剂用量仅次于制鞋业,而居第二位。用于包装的聚氨酯胶粘剂品种繁多,如水基聚氨酯胶粘剂、热熔型聚氨酯胶粘剂、溶剂型聚氨酯胶粘剂、无溶剂型聚氨酯胶粘剂。其中,常用的聚氨酯热熔胶又可分为二类:热塑性聚氨酯弹性体热熔胶和反应型热熔胶。另外,在包装用水性聚氨酯胶方面,由于乳化剂的使用或分子中亲水性离子基团的引入,使其耐水性降低。近年来,对提高其耐水性的研究已成为热点。同时由于水的热容较大,故如何提高其固含量从而提高其干燥速度,也是目前亟待解决的问题之一。

2.4建筑铺装

聚氨酯胶粘剂除具有无毒、无污染、使用方便等优点,还具有其它胶粘剂无法比拟的优点,即优良的耐低温、耐溶剂、耐老化、耐臭氧及耐细菌性能,在建筑铺装材料的应用中发挥着重要作用。广泛应用于弹性橡胶地垫、硬质橡胶地砖和铺设塑胶跑道运动场中。新型双组分聚氨酯胶粘剂突破传统胶粘剂剪切强度与剥离强度的矛盾,可使两者同时达到较高使用强度,在建筑用钢板的粘接中体现出优异的性能,粘接牢固且不易产生形变,而且室温可调固化速度,使该聚氨酯胶在使用上方便易行,应用广泛。聚氨酯胶粘剂在建筑用PVC材料粘接,夹心板生产以及建筑防水涂料中都得到广泛使用。

2.5汽车用聚氨酯胶粘剂

在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维增强塑料和片状模塑复合材料的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。汽车内饰件也是胶粘剂用量增长的一个领域。汽车上应用广泛的水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂。大多数水性聚氨酯是线性热塑性聚氨酯,由于其涂膜没有交联,分子质量较低,因而耐水性、耐溶剂性、胶膜强度等性能还较差,必须对其进行改性,以提高其性能。聚酯和丙烯酸的杂和分散体与脲二酮和异氰脲酸酯配合,制备的汽车修补清漆,不需要高速搅拌设备,容易混合在一起,具有良好的粘附性能。

2.6其他

20年来,在书籍装订中,热熔胶的应用已经获得了迅猛发展。其原因主要是低价平装书生产有了惊人的增长,与此同时产生了无线装订工艺,由于EVA热熔胶具有很好的粘接性和弹性,目前国内市场上使用的书籍装订热熔胶绝大部分为EVA型热熔胶。但EVA型热熔胶价格昂贵,而且EVA型热熔胶具有记忆性等缺点。聚氨酯热熔胶则可弥补以上缺陷。该胶粘剂生产工艺简单,成本低廉,胶粘剂的弹性、韧性好,粘接强度高,可以反复熔化使用,产品利用率高,具有更广阔的应用前景。

聚氨酯胶粘剂由于其优异的粘接特性,在航天器材的粘接、文物保护与修复、军工产业、文具用品、医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。聚氨酯胶粘剂以其优异的性能广泛应用于各个领域,逐渐成为人类生活中重要的合成材料。目前,世界聚氨酯胶粘剂工业正向适应环境保护、安全卫生、资源回收等方向发展。我国聚氨酯胶粘剂工业也显示了较快的增长势头,技术开发也取得了很大的进展。

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