聚氨酯催化剂

聚氨酯催化剂在热熔胶上的应用

时间:2014-06-12 / 分类:产品应用 / 评论:暂无 / 浏览:

dmdee

引言

1978年美国开发出单组分湿固化型PU(聚氨酯)胶粘剂,并将其应用于汽车工业和建筑行业。1984年美国市场上又出现了反应型PU-HMA(聚氨酯热熔胶),解决了单组分PU胶粘剂使用过程中的诸多不足之处。目前,PU-HMA和湿固化PU密封剂在世界各国发展较快,并且已广泛用于建筑材料(木工装板、夹芯板粘接等)、汽车材料(车顶蓬、仪表板、行李箱盖、测护条和车灯等粘接)、书籍装订和机械等领域中。

由于PU密封剂对许多材料都具有良好的粘接性能,并且其价格低于有机硅密封剂和聚硫密封剂;另外,湿固化PU-HMA兼具HMA胶粘剂和反应性胶粘剂的优点,既具有优异的初始强度,又具有可交联固化功能,能有效提高最终制品的粘接强度、耐热性、耐化学药品性和耐久性,有利于自动化、机械化高速批量生产;此外,由于其不含有机溶剂,固含量为100%,故其环保性良好。因此,反应型PU-HMA或密封剂具有良好的应用前景。

催化剂的选择

单组分湿固化PU-HMA的固化机制是基于PU胶粘剂中-NCO基团与环境或基材中H2O的固化反应。体系中引入适宜的催化剂后,可有效提高PU胶中粘剂的固化速率和初始粘接强度。PU胶粘剂最常用的催化剂是有机锡类化合物(能有效加快-NCO和-OH(或H2O)之间的反应),但其对上述反应具有选择性,但是由于欧盟对锡类金属的限制,越来越多的厂家在需找有机锡的替代品,用来替代有机锡或者减少有机锡的用量,目前市场上可以用来替代有机锡的聚氨酯催化剂主要有以下几种:有机铋类、DBU盐类、NT CAT DEDEE、NT CAT 229等。

催化剂对PU-HMA性能的影响

单组分湿固化PU-HMA的固化机制是基于PU胶粘剂中-NCO基团与环境或基材中H2O的固化反应。体系中引入适宜的催化剂后,可有效提高PU胶中粘剂的固化速率和初始粘接强度。通常,PU胶粘剂最常用的催化剂是有机锡类化合物[能有效加快-NCO和-OH(或H2O)之间的反应],但其对上述反应具有选择性。因此,本研究在其他条件保持不变的前提下[即w(-NCO)=3.204%(相对于HMA质量而言)、R=1.8等],考察了催化剂种类及含量(相对于多元醇质量而言)对PU-HMA开放时间、剥离强度的影响,结果下表1和图1所示。

表1  催化剂类型及含量对PU-HMA 开放时间的影响

催化剂类型 w(催化剂)/% 开放时间/s 初始(3h)剥离强度/[N·(25 mm)-1]
0 55 2.9
NT CAT T12 0.05~0.2 53 3.1
NT CAT DEDEE 0.05~0.2 52 26.6
NT CAT 229 0.05~0.2 50 28.2

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由表1知:催化剂种类对PU-HMA开放时间的影响不明显。这是由于PU-HMA的开放时间与合成PU-HMA所用多元醇的结晶性有关,故上述样品的开放时间相差不大。由表4、图1可知:对PU-HMA初始剥离强度(3h)而言,催化剂NT CAT T12能使-NCO和-OH反应加快(但对-NCO/H2O反应的催化作用不大),而催化剂NT CAT DMDEE可促进PU预聚体中-NCO与空气(或被粘物)中水分反应(提高其反应速率和粘接强度),故两者在3h后均能明显提高PU-HMA的初始剥离强度。然而,催化剂NT CAT 229 能明显加快单组分湿固化PU-HMA的固化速率,并且其催化效果优于前两种催化剂;当达到最终粘接强度时,无催化剂体系所需时间最长(48 h),催化剂NT CAT 229 体系所需时间最短(12h),催化剂NT CAT DMDEE体系和催化剂NT CAT T12体系则分别需要15h和18h。这是因为催化剂NT CAT 229 体系能同时加快-NCO/-OH和-NCO/H2O的反应,故体系的固化反应速率相对最快。综合考虑,选择w(NT CAT 229)=0.05%~0.2%时较适宜。

总结

催化剂能明显加快单组分湿固化PU-HMA的固化速率,催化剂NT CAT 229的催化效果高于催化剂NT CAT T12和催化剂NT CAT DMDEE,而且胶水的粘接强度也最强,当w(NT CAT 229)=0.05%~0.2%时,相应PU-HMA固化12h后即可达到最终粘接强度。

 

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