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水性异氰酸酯胶

关键词：氰酸酯异氰酸酯酸酯

1.异氰酸酯乳液
　　异氰酸酯化合物或含端NC0基预聚体分散于水而形成的分散液称为异氰酸酯乳液。疏水性的多异氰酸酯一般很难乳化于水而形成稳定的乳液。但通过某些方法可使异氰酸酯乳化，形成乳液。
　　1.可乳化MDl
　　RobertsonJ．R．等人1983年报道，市场上有一种可乳化的MDI产品，该MDI产品能简单地与水搅拌形成微细颗粒的水性乳液，形成的低粘度乳液具有优秀的机械稳定性，但因为存在的异氰酸酯基团与水缓慢反应，适用期一般只有2-3 h，不过即使粘度增大到不能使用的程度，NCO的含量仍能保持原有的90％。并且在相当大的MDI乳液浓度范围内适用期变化不大，但当异氰酸酯浓度大于70％时，适用期缩短；升高温度使适用期缩短。几个小时的适用期对大多数应用来说已经足够，但如果需要大量的乳液，则可以通过可乳化MDI与水在静态混合器连续乳化。可乳化MDI产品的出现，提供了把游离异氰酸酯从水介质施加到基材的一种方法。这种异氰酸酯乳液的应用包括：作为木材、织物、混凝土、橡胶等的处理剂和底涂剂，水性胶乳的交联剂，木材胶粘剂，
等等。
　　用MDI乳液粘接木材，虽然其价格比通常的“三醛树脂”(脲醛、酚醛、三聚氰胺—甲醛)胶粘剂贵，但它具有以下优点：无刺激性甲醛放出；胶粘剂用量可减少到常规量的6％—7％，用量是酚醛树脂的一半左右；压制时间短，相当于酚醛树脂的40％；对木材含水量要求低；可采用水性“三醛树脂”制板设备；板耐水性好，可降低板密度。
　　据称，上述可乳化MDI还可与聚醚或聚酯制成预聚体，再与水混合形成乳液，所得异氰酸酯乳液作胶粘剂用。预聚体NCO含量一般控制在10％-20％，低于此范围，则粘度大，乳化困难。含NCO基团的预聚体乳液能形成柔韧的胶膜，并且成本比MDI乳液低。
　　可乳化MDI的分子结构未透露，估计是MDI经改性而得。例如异氰酸酯经磺化可得到含磺酸基团的异氰酸酯；又如TDI上的甲基经氯化再叔胺化可得含季胺盐基团的异氰酸酯化合物。通过在异氰酸酯上接上亲水性氧化乙烯链节也可得到能分散于水的异氰酸酯化合物。
　　2.封闭型异氰酸酯
　　封闭型异氰酸酯化合物或封闭型聚氨酯预聚体乳化于水形成的乳液，从实质上讲也是异氰酸酯乳液，不过，所含的不是游离的异氰酸酯基团，而是保护了的异氰酸酯，当水分挥发后再加热时，异氰酸酯基团再生，参与交联固化。
　　2.水性乙烯基聚氨酯
　　在醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯胶乳等乙烯基聚合物乳液或聚乙烯醇、羧甲基纤维素的水溶液中，将多异氰酸酯(或其预聚体)的有机溶液分散而成的水性胶粘剂，称为水性乙烯基聚氨酯胶粘剂，又称为水性高分子异氰酸酯胶粘剂(APl)、乳液聚合物异氰酸酯(EPl)。
　　与异氰酸酯乳液的不同之处是，水性乙烯基聚氨酯是在水性高分子(一般是乙烯基树脂)中分散而得。不过，从实质来说，乳液中同样存在异氰酸酯基团。和异氰酸酯乳液一样，未受保护的异氰酸酯基团不能稳定地在水中稳定存在，加入异氰酸酯形成的水性乙烯基聚氨酯胶粘剂有适用期，因为活性的异氰酸酯基团与水性乙烯基树脂及水缓慢反应，使胶粘剂粘度增大，一般几个小时后就凝胶，失去使用价值。
　　一般商品水性乙烯基聚氨酯胶粘剂是双组分型胶粘剂，以上述水性乙烯基树脂、填料、或及表面活性剂的混合物为主剂，以聚合MDI等具有2个以上NCO基团的多异氰酸酯、溶剂或及稳定剂的混合物为交联剂。在使用前，异氰酸酯溶液搅拌分散于主剂中。交联剂中的异氰酸酯基团与水性高分子及木材等基材中所含的活性氢基团反应，可得到牢固的粘接层。
　　异氰酸酯化合物及其预聚体在水中几乎没有溶解性，但它们能溶于有机溶剂，无需再外加乳化剂，异氰酸酯溶液能在PVA水溶液或乙烯基合成树脂乳液中很好地分散，在水分挥发过程及干燥后，异氰酸酯与水性树脂或水反应，产生耐水、耐热的固化物。
　　水性乙烯基聚氨酯胶粘剂可在常温下固化，但为了使异氰酸酯基团反应完全，并产生交联键，以提高粘接力和耐水性，最好是热压处理。
　　日本专利介绍了水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的制造方法。
　　可用于制造水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的异氰酸酯有：PAPI、MDI、TDI、TDI—TMP加成物、三苯基甲烷三异氰酸酯、HDI、XDI、H12MDI等多异氰酸酯，以及它们与聚醚或聚酯制成的端NCO基团预聚体。最常用于水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的多异氰酸酯是多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)。
　　光洋公司的乙烯基合成树脂乳液一般均含有PVA，适宜的PVA聚合度范围为300—2500，皂化度80％—100％。PVA的质量百分浓度以5％—20％范围为宜。
　　原则上，凡是能溶解异氰酸酯化合物或预聚体的溶剂都能用于该胶粘剂，如脂肪族及芳香族烃类、酮类、酯类(包括酯类增塑剂)。但试验表明，与水不相容的有机溶剂比较合适，配制的胶粘剂具有良好的粘接力、耐水性好。因为若溶剂和水不相容，水不能很快进入由异氰酸酯和溶剂组成的微细液滴，溶剂有保护液滴内部异氰酸酯基团不与水反应的作用，使胶有合适的可使用期。例如用一种水性乙烯基聚氨酯胶粘剂作为三合板(单层板厚0.7／1.4／0.7mm)板层之间的胶粘剂，胶的涂布量约270g／m2，1 MPa冷压20min，再120℃　l MPa热压 l min。
　　还可在胶中加入如淀粉等增量剂，粘土、高岭土、滑石粉等填料，以防止胶粘剂对木材的过分浸渍，这些成分还能与胶粘剂中的异氰酸酯基团反应，赋予粘接力和耐水性。
　　水性乙烯基聚氨酯胶粘剂主要用于木材加工(如胶合板、刨花板制造，各种木材的粘接)，还可用于金属板、纸张、PVC塑料、合成板材、泡沫塑料、混凝土等材料的粘接。例如铝板、钢板与发泡聚烯烃材料之间可用水性乙烯基聚氨酯胶粘剂粘贴，得到的复合材料可用于隔音材料。
　　水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的优点是：成本比溶剂型聚氨酯胶粘剂低，耐水性优良，粘接速度快，但缺点是加异氰酸酯组分后可使用时间短。

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