KH-550改性单组分湿固化聚氨酯胶黏剂的性能研究

（山西省应用化学研究所（有限公司）涂装高分子功能材料山西省重点实验室山西太原030027）摘 要：以二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI-50）、聚氧化丙烯二醇（N220）、l,2-丙二醇（PG）和y-氨丙 基三乙氧基硅烷（KH-550）为原料，合成了系列单组分湿固化聚氨酯胶黏剂，并研究了 KH-550的用

量对胶黏剂性能的影响。结果表明,KH-550的加入可以缩短胶黏剂的固化时间，提高胶黏剂的粘

接强度；当KH-550的加入量为预聚物质量的2%时,胶黏剂的黏度适中，固化时间较快，用于PVC 皮革条与水曲柳板的粘接时，剥离强度可达PVC破坏的程度。关键词：硅烷偶联剂；聚氨酯胶黏剂；单组分；湿固化中图分类号：TQ 433.4+32

文献标识码：A 文章编号：1005-1902（2020）05-0009-03单组分湿固化聚氨酯胶黏剂是利用聚合物中游 江苏晨光偶联剂有限公司；双吗啉基二乙基醚（DM-

DEE），试剂级,北京油化精细化工研究所。离活性基团一NCO与大气中的水汽或粘接基材上

的活泼氢原子发生反应,从而达到粘接目的的一类 胶黏剂[1-2] o但聚氨酯胶黏剂耐高温性能和粘结性

1.2单组分湿固化聚氨酯胶黏剂的制备首先将聚醚N220加入四口烧瓶中，于100~

120 T下真空脱水2~3 h,然后冷却到50 加入 MDI-50,控制异氰酸酯指数R（NCO/OH摩尔比）为

能欠佳，需通过改性加以改善。有文献报道，将有机硅（一般为端基或侧基带

有活性基团的聚硅氧烷）引入聚氨酯分子链上可以 有效地改善胶膜的耐水性和耐热性[3-6],但由于有

3.5,于65 T反应1 h,加入PG继续反应2 h,将反

应温度降至室温,采用二正丁胺-甲苯法测定NCO 基质量分数低于7. 0%时，分别加入基于预聚体质

机硅与聚氨酯的相容性差,导致了胶黏剂力学性能 降低。而使用小分子的硅烷偶联剂改性湿固化聚氨

酯,将少量NCO基转化为可水解的烷氧基硅烷基团 （Si—OR），可以提高聚氨酯胶黏剂的粘结性能[7] o量分数0、1%、2%、3%、4%和5%的KH-550,常温下

搅拌1 h后，加入适量的DMDEE于50 °C保温并搅

拌4 h,密封出料，得到KH-550改性的单组分湿固 化聚氨酯胶黏剂系列样品。1.3分析测试傅里叶变换红外光谱（FT-IR）用美国Nicolet公

在前期的研究基础上⑻，本研究在聚氨酯预聚

体中添加不同用量的硅烷偶联剂得到一系列改性单

组分湿固化聚氨酯胶黏剂，研究KH-550用量对单

组分湿固化聚氨酯胶黏剂性能的影响。1实验部分1.1主要原料司Avatar 360型FT-IR光谱仪测定，扫描32次，分 辨率4 cm-1，在KBr压片上涂膜除溶剂后测试。黏度测试采用NDJ-79旋转黏度测定仪,测试温

度为（25±0.5）C。表干时间和实干时间测试：室温下，将0.05 g

聚氧化丙烯二醇（N220,Mn = 2 000）,工业级,

江苏钟山化工有限公司；二苯基甲烷二异氰酸酯

（MDI-50）,工业级，万华化学集团股份有限公司； 1,2-丙二醇（PG）,工业级，天津市富宇精细化工有

本实验制得的聚氨酯胶黏剂均匀涂抹到不锈钢板材 上（25 mmX12. 5 mm），记录胶层表面由有黏性变为

不粘的时间（表干时间）和胶层完全固化所需要的

限公司;y-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），工业级, 时间（实干时间）。基金项目：山西省科技重大专项（20181101012）,山西省重点研发计划（高新领域）项目（201903D121113）-10 -聚氨酯工业第 35 卷剥离强度的测试:室温下,将实验中制得的聚氨 生反应，产生支化结构，随着KH-550用量的增加,

酯胶黏剂均匀涂抹到水曲柳板上，粘附到聚氯乙烯

(PVC)皮革条上，参照GB/T 2791—1995测试胶黏

体系的分子量增加，使得体系黏度增大⑼。如果胶 黏剂黏度太大，流动性变差，不利于施胶。因此，从 黏度方面考虑，KH-550质量分数以1%-2%为宜, 此时胶黏剂流动性较好。2. 3 KH-550用量对聚氨酯胶黏剂固化时间的影响

表1为KH-550用量对单组分湿固化聚氨酯胶

剂的剥离强度。初始剥离强度在3 h后测定，最终 剥离强度在7 d后测定。2结果与讨论2.1 产物的FT-IR表征黏剂固化时间的影响。对合成的聚氨酯胶黏剂进行表征，图1为KH- 550加入量为预聚体质量分数3%时的单组分湿固

化聚氨酯胶黏剂的红外谱图。图1聚氨酯胶黏剂的红外谱图图1中，3 330 cm-1附近为氨基甲酸酯结构中 N—H的伸缩振动吸收峰,2 273 cm-1附近为异氰酸

酯的特征峰，1 728 cm-1附近为氨基甲酸酯中羰基 C=0伸缩峰,1 537 cm-1附近为氨基甲酸酯中N—H

的弯曲振动吸收峰,1 226 cm-1附近为氨基甲酸酯中 C一0的伸缩振动吸收峰，1 100 cm-1附近的宽吸收

峰为C—0及Si—0吸收峰的叠合。2. 2 KH-550用量对聚氨酯胶黏剂黏度的影响本实验加入KH-550对单组分湿固化聚氨酯胶 黏剂进行改性， 考察了 KH-550 用量对胶黏剂黏度

的影响，结果见图 2。质量分數％图2 KH-550用量对胶黏剂黏度的影响由图2可见，随着KH-550加入量的增加，胶黏

剂黏度不断提高。这是因为KH-550与NC0基团发

表1 KH-550用量对胶黏剂固化时间的影响吠 KH-550)/%0 1 2 3 4 5表干时间2. 5 h 1 h 20 min 15 min 10 min 10 min实干时间4 d 2 d 18 h 15 h 13 h 12 h由表1可见，随着KH-550用量的增加,胶黏剂

的表干时间和实干时间逐渐减少，这是由于KH-550 水解生成硅醇交联固化，同时异氰酸酯基也与水反 应，两者协同作用加快了聚氨酯胶黏剂的表干与实

干速率。实际使用中，客户要求胶黏剂的表干时间

不超过30 min、实干时间不超过24 h,所以KH-550

质量分数为2%-5%均满足要求。2. 4 KH-550用量对聚氨酯胶黏剂剥离强度的影响采用单组分湿固化聚氨酯胶黏剂粘接PVC皮

革与水曲柳板材,KH-550用量对其初粘和终粘后的

T型剥离强度的影响见表2。表2 KH-550用量对胶黏剂剥离强度的影响w( KH-550)剥离强度/(N・m-1)/%012345初始1. 531. 721.982.252.482. 63最终2. 053. 21PVC 破坏 4. 983.703.06由表2可见，随着KH-550用量的增加,胶黏剂

初始剥离强度逐渐增强， 而最终剥离强度先增大后

减小。初始剥离强度的增大是因为随着KH-550用

量的增加，形成部分以KH-550封端的聚氨酯结构,

这样胶黏剂固化时会形成部分Si—0—Si的交联网 状结构，从而提高其剥离强度。而最终剥离强度变

化可能与聚氨酯的微相分离程度有关，一定的微相

分离有利于提升其力学性能， 但是如果微相分离程

度过大,软段和硬段之间相互作用力减弱，反而会导 致力学性能下降［10］。随着KH-550的加入，硬段含 量增加， 硬段聚集更加紧密， 氢键作用加强， 增加了

硬段和软段的微相分离程度， 聚氨酯的力学性能提

第5期姚卫琴，等• KH-550改性单组分湿固化聚氨酯胶黏剂的性能研究进展[J].中国胶粘剂，2012,21(9) ：49-53.[3]

-11 •高，表现为最终剥离强度的增大。当KH-550用量 进一步增加时,软段与硬段的相分离程度过大,软段 与硬段之间的作用力减小,最终剥离强度变小。其

中,KH-550用量为2%、3%、4%和5%时初始剥离强

LEWANDOWSKI K, KREPSKI L R,MICKLS DE,et al. Synthe­

sis and properties of waterborne self-crosslinkable sulfo-urethane silanol dispersions[ J] . Journal of Polymer Science, Part A, Poly­mer Chemistry,2002,40：3037-3045.度较好,KH-550用量为2%时最终剥离强度最好,达

[4] [5]

刘敏,沈一丁，赖小娟.氨基硅氧烷改性水性聚氨酯及其乳胶 膜的性能[J].石油化工，2009,38( 10)： 1116-1122.到PVC破坏的程度。3结论(1) KH-550的加入使得胶黏剂黏度增大，缩短

[6]

郭云飞，鲍利红,刘振东，等.有机硅改性聚氨酯的合成及其性 能[J].纺织学报,2009,30( 10) : 85-90.AHN B L , LEE S K, LEE S K, et al. LV curable polyurethane

dispersions from polyisocyanate and organosilane [J]. Progress in

了单组分湿固化聚氨酯胶黏剂的表干时间和实干时

间,提高了胶黏剂的粘接强度。(2) 当KH-550的加入量为预聚物质量的2%

[7] [8] [9]

Organic Coatings, 2008, 62： 258-264.唐礼道，杨建军,张建安，等.湿固化聚氨酯热熔胶的研究近况

与展望[J].聚氨酯工业，2006,21(5) ：9-12.姚卫琴，张博，石红翠，等.无溶剂单组分湿固化聚氨酯胶黏剂

时，胶黏剂的黏度适中，固化时间较快，用于PVC皮

革条与水曲柳板材的粘接时，剥离强度可达PVC破

的合成[J].聚氨酯工业,2019,34( 1):13-15.修玉英，贾云龙，罗钟瑜.硅烷改性聚氨酯的合成[J].化工新 型材料,2005,33(3) ：1-4.坏的程度。参 考 文 献[1] [2]

[10] 张翔,刘常锋，董擎之.KH-550对水性聚氨酯性能的影响及机

理分析[J].涂料工业,2017,47(3) ：37-43.收稿日期 2020-05-02 修回日期 2020-06-11李和平.胶粘剂生产原理与技术[M].北京：化学工业出版 社,2009.何瑞红，胡孝勇，陈锦凡.单组分湿固化聚氨酯胶粘剂的研究Effect of KH-550 on Properties of One Component Moisture Curing Polyurethane AdhesivesYAO Weiqin, SHI Hongcui, ZHANG Bo, MAO Zuqiu, SONG Liqing, MA Guozhang(Shanxi Key Laboratory of Functional Polymer for Coating, Shanxi Institute of Applied Chemistry,

Taiyuan 030027 , Shanxi, China)Abstract： A series of one component moisture curable polyurethane adhesives were synthesized by using MDI-50, N220, PG and KH-550. The effect of the amount of KH-550 on the properties of the adhesive was studied. The results showed that the addition of KH-550 could shorten the curing time and improve the adhesive

strength. When the addition of KH-550 was 2% of the mass of prepolymer, the viscosity of adhesive was moderate

and the curing time was fast. When it was used for bonding of PVC leather strip and Fraxinus mandshurica, the peel strength could reached the degree of PVC damage.Keywords: silane coupling agent ； polyurethane adhesive ； one component ； wet curing作者简介 姚卫琴 女，1987年出生，硕士，工程师，主要从事高分子材料的合成与研究工作。■in■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■•/肖息、动态、*Vencorex推出不含六氯苯的异佛尔酮二异氰酸酯异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)已越来越多地用于聚氨酯

品包装的油墨、运动鞋的胶粘剂、电子设备以及木制家具的 面漆。因此，理想的基于IPDI的聚氨酯材料需要避免包含 任何致癌污染物，例如难以消除的污染物六氯苯(HCB)。 研究人员发现六氯苯对所有生物体都是有害的且为致癌物, 因此在全球范围内被禁止商业使用。材料相关的许多行业，如涂料、粘合剂、油墨和弹性体。基于

IPDI的聚氨酯材料通常与人接触应用有关。例如,用于食

为了应对日益增长的安全隐患，Vencorex公司确保其

IPDI中不含这种致癌化合物，并将其推荐用于食品和与人

接触的应用中。