膠粘劑的設(shè)計(jì)是以獲得最終使用性能為目的,對(duì)聚氨酯膠粘劑進(jìn)行配方設(shè)計(jì),要考慮到所制成的膠粘劑的施工性(可操作性)､固化條件及粘接強(qiáng)度､耐熱性､耐化學(xué)品性､耐久性等性能要求｡ 1.聚氨酯分子設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)與性能

　　聚氨酯由于其原料品種及組成的多樣性,因而可合成各種各樣性能的高分子材料｡例如從其本體材料(即不含溶劑)的外觀性嚴(yán)主講,可得到由柔軟至堅(jiān)硬的彈性體､泡沫材料｡聚氨酯從其本體性質(zhì)(或者說(shuō)其固化物)而言,基本上屆彈性體性質(zhì),它的一些物理化學(xué)性質(zhì)如粘接強(qiáng)度､機(jī)械性能､耐久性､耐低溫性､耐藥品性,主要取決于所生成的聚氨酯固化物的化學(xué)結(jié)構(gòu)｡所以,要對(duì)聚氨酯膠粘劑進(jìn)行配方設(shè)計(jì),首先要進(jìn)行分子設(shè)計(jì),即從化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成對(duì)性能的影響來(lái)認(rèn)識(shí)｡有關(guān)聚氨酯原料品種及化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系｡

　　2. 從原料角度對(duì)PU膠粘劑制備進(jìn)行設(shè)計(jì)

　　聚氨酯膠粘劑配方中一般用到三類原料:一類為NCO類原料(即二異氰酸酯或其改性物､多異氰酸酯),一類為oH類原料(即含羥基的低聚物多元醇､擴(kuò)鏈劑等,廣義地說(shuō),是含活性氫的化合物,故也包括多元胺､水等),另有一類為溶劑和催化劑等添加劑｡從原料的角度對(duì)聚氨酯膠粘劑進(jìn)行配方設(shè)計(jì),其方法有下述兩種｡

　　(1).由上述原料直接配制

　　最簡(jiǎn)單的聚氨酯膠粘劑配制法是0H類原料和NCO類原料(或及添加劑)簡(jiǎn)單地混合､直接使用｡這種方法在聚氨酯膠粘劑配方設(shè)計(jì)中不常采用,原因是大多數(shù)低聚物多元醇分子量較低(通常聚醚 Mr<6000,聚酯Mr<3000),因而所配制的膠粘劑組合物粘度小､初粘力小｡有時(shí)即使添加催化劑,固化速度仍較慢,并且固化物強(qiáng)度低, 實(shí)用價(jià)值不大｡并且未改性的TDI蒸氣壓較高,氣味大､揮發(fā)毒性大,而MDI常溫下為固態(tài),使用不方便,只有少數(shù)幾種商品化多異氰酸酯如PAPl､Desmodur R､Desmodur RF､Coronate L等可用作異氰酸酯原料｡

　　不過(guò),有幾種情況可用上述方法配成聚氨酯膠粘劑｡例如:(1)由高分子量聚酯(Mr5000-50000)的有機(jī)溶液與多異氰酸酯溶液(如Coronate L)組成的雙組分聚氨酯膠粘劑,可用于復(fù)合層壓薄膜等用途,性能較好｡這是因?yàn)槠渲鞒煞指叻肿恿烤埘ケ旧砭陀休^高的初始粘接力,組成的膠粘劑內(nèi)聚強(qiáng)度大;(2)由聚醚(或聚酯)或及水､多異氰酸酯､催化劑等配成的組合物,作為發(fā)泡型聚氨酯膠粘劑､粘合劑,用于保溫材料等的粘接､制造等,有一定的實(shí)用價(jià)值｡

　　(2).NCO類及OH類原料預(yù)先氨酯化改性

　　如上所述,由于大多數(shù)低聚物多元醇的分子量較低,并且TDI揮發(fā)毒性大,MDI常溫下為固態(tài),直接配成膠一般性能較差,故為了提高膠粘劑的初始粘度､縮短產(chǎn)生一定粘接強(qiáng)度所需的時(shí)間,通常把聚醚或聚酯多元醇與TDI或MDI單體反應(yīng),制成端NCO基或OH基的氨基甲酸酯預(yù)聚物,作為NCO成分或OH成分使用｡

　　3. 從使用形態(tài)的要求設(shè)計(jì)PU膠

　　從聚氨酯膠粘劑的使用形態(tài)來(lái)分,主要有單組分和雙組分｡

　　A.單組分聚氨酯膠粘劑

　　單組分聚氨酯膠粘劑的優(yōu)點(diǎn)是可直接使用,無(wú)雙組分膠粘劑使用前需調(diào)膠之麻煩｡單組分聚氨酯膠粘劑主要有下述兩種類型｡

　　(1)以一NCO為端基的聚氨酯預(yù)聚物為主體的濕固化聚氨酯膠粘劑,合成反應(yīng)利用空氣中微量水分及基材表面微量吸附水而固化,還可與基材表面活性氫基團(tuán)反應(yīng)形成牢固的化學(xué)鍵｡這種類型的聚氨酯膠一般為無(wú)溶劑型,由于為了便于施膠,粘度不能太大,單組分濕固化聚氨酯膠粘劑多為聚醚型,即主要的含一OH原料為聚醚多元醇｡此類膠中游離NCO含量究竟以何程度為宜,應(yīng)根據(jù)膠的粘度(影響可操作性)､涂膠方式､涂膠厚度及被粘物類型等而定,并要考慮膠的貯存穩(wěn)定性｡ (2)以熱塑性聚氨酯彈性體為基礎(chǔ)的單組分溶劑型聚氨酯膠粘劑,主成分為高分子量端OH基線型聚氨酯,羥基數(shù)很小,當(dāng)溶劑開(kāi)始揮發(fā)時(shí)膠的粘度迅速增加,產(chǎn)生初粘力｡當(dāng)溶劑基本上完全揮發(fā)后,就產(chǎn)生了足夠的粘接力,經(jīng)過(guò)室溫放置,多數(shù)該類型聚氨酯彈性體中鏈段結(jié)晶,可進(jìn)一步提高粘接強(qiáng)度｡這種類型的單組分聚氨酯膠一般以結(jié)晶性聚酯作為聚氨酯的主要原料｡

　　單組分聚氨酯膠另外還有聚氨酯熱熔膠､單組分水性聚氨酯膠粘劑等類型｡

　　B.雙組分聚氨酯膠粘劑

　　雙組分聚氨酯膠粘劑由含端羥基的主劑和含端NCO基團(tuán)的固化劑組成,與單組分相比,雙組分性能好,粘接強(qiáng)度高,且同一種雙組分聚氨酯膠粘劑的兩組分配比可允許一定的范圍,可以此調(diào)節(jié)固化物的性能｡主劑一般為聚氨酯多元醇或高分子聚酯多元醇｡兩組分的配比以固化劑稍過(guò)量,即有微量NCO基團(tuán)過(guò)剩為宜,如此可彌補(bǔ)可能的水分造成的NCO損失,保證膠粘劑產(chǎn)生足夠的交聯(lián)反應(yīng)｡

　　4. 根據(jù)性能要求設(shè)計(jì)PU膠

　　若對(duì)聚氨酯膠粘劑有特殊的性能要求,應(yīng)根據(jù)聚氨酯結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行配方設(shè)計(jì)｡

　　不同的基材,不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境,往往對(duì)聚氨酯膠有一些特殊要求,如在工業(yè)化生產(chǎn)線上使用的聚氨酯膠要求快速固化,復(fù)合軟包裝薄膜用的聚氨酯膠粘劑要求耐酸耐水解,其中耐蒸煮軟包裝用膠粘劑還要求一定程度的高溫粘接力,等等｡

　　A.耐高溫

　　聚氨酯膠粘劑普遍耐高溫性能不足｡若要在特殊耐溫場(chǎng)合使用,可預(yù)先對(duì)聚氨酯膠粘劑進(jìn)行設(shè)計(jì)｡有幾個(gè)途徑可提高聚氨酯膠的耐熱性,如:(1)采用含苯環(huán)的聚醚､聚酯和異氰酸酯原料;(2)提高異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑(它們組成硬段)的含量;(3)提高固化劑用量;(4)采用耐高溫?zé)峤獾亩喈惽杷狨?如含異氰脲酸酯環(huán)的),或在固化時(shí)產(chǎn)生異氰脲酸酯;(5)用比較耐溫的環(huán)氧樹(shù)脂或聚砜酰胺等樹(shù)脂與聚氨酯共混改性,而采用pN技術(shù)是提高聚合物相容性的有效途徑｡

　　B.耐水解性

　　聚酯型聚氨酯膠粘劑的耐水解性較差,可添加水解穩(wěn)定劑(如碳化二亞胺､環(huán)氧化合物等)進(jìn)行改善｡為了提高聚酯本身的耐水解性,可采用長(zhǎng)鏈二元酸及二元醇原料(如癸二酸､1,6—己二醇等),有支鏈的二元醇如新戊二醇原料也能提高聚酯的耐水解性｡聚醚的耐水解性較好,有時(shí)可與聚酯并用制備聚氨酯膠粘劑｡在膠粘劑配方中添加少量有機(jī)硅偶聯(lián)劑也能提高膠粘層的耐水解性｡ C.提高固化速度

　　提高固化速度的一種主要方法是使聚氨酯膠粘劑有一定的初粘力,即粘接后不再容易脫離｡因而提高主劑的分子量､使用可產(chǎn)生結(jié)晶性聚氨酯的原料是提高初粘力和固化速度的有效方法｡有時(shí)加入少量三乙醇胺這類有催化性的交聯(lián)劑也有助于提高初粘力｡添加催化劑亦為加快固化的主要方法｡