聚氨酯催化剂在热熔胶上的应用

henry

聚氨酯催化剂在热熔胶上的应用

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]
无	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

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。