本发明涉及一种耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂。
背景技术：
1、聚氨酯胶粘剂是一种广泛应用于各种工业领域的重要粘合材料。其优良的粘接性能，如对多种基材的优秀粘接力，良好的耐热性、耐化学性和耐老化性等，使其在包装、建筑、汽车、电子等众多领域中发挥了重要作用。然而，大多数的聚氨酯胶粘剂都包含有机溶剂，不仅对环境和人体有害，而且在低温环境下的粘接性能也有所限制。
2、现有技术中的聚氨酯胶粘剂往往需要借助有机溶剂才能达到理想的加工和应用性能。然而，这种胶粘剂的生产和使用过程中，大量有机溶剂的挥发会造成严重的空气污染，对人体健康构成威胁。同时，有机溶剂也会增加聚氨酯胶粘剂的生产成本，给企业带来了不小的经济压力。因此，开发无溶剂的聚氨酯胶粘剂，能有效减少环境污染，保护人体健康，是当前粘接领域的一大技术挑战。
3、另一方面，低温环境下的粘接性能是聚氨酯胶粘剂需要面临的另一个重要问题。当温度下降时，胶粘剂的粘接力会显著降低，导致粘接结构的稳定性和可靠性下降。在汽车、航空航天等领域，这种情况可能导致设备的安全性能下降，甚至发生严重的安全事故。因此，开发一种既无溶剂又具有良好的低温耐受性的聚氨酯胶粘剂，是当前胶粘剂技术研发的重要方向。
4、然而，尽管科研人员已经做了大量的努力，但是现有的无溶剂聚氨酯胶粘剂在低温环境下的粘接性能仍然有待提高。例如，许多无溶剂聚氨酯胶粘剂在低温下会变得过于脆硬，无法有效地粘接基材，甚至可能会在粘接界面产生裂纹，导致粘接失败。此外，这些胶粘剂在低温下的固化速度也往往会显著下降，影响了生产效率和产品性能。
5、在无溶剂聚氨酯胶粘剂的开发过程中，科研人员尝试过使用不同的聚醚型多元醇，以改善其低温性能。虽然这种方法在一定程度上提高了胶粘剂的低温韧性，但仍然无法满足实际应用中对低温粘接性能的高要求。另一方面，尽管一些异氰酸酯在固化反应中具有较好的低温性能，但其在无溶剂聚氨酯胶粘剂中的应用仍面临着很多挑战，如固化反应的控制，产品性能的优化等。
6、因此，当前依然存在着急需解决的问题，即怎样发展一种既无溶剂又具有优秀低温耐受性的聚氨酯胶粘剂。这样的胶粘剂不仅有利于保护环境和人体健康，降低生产成本，还可以在低温环境下提供稳定可靠的粘接性能，满足汽车、航空航天等领域对低温粘接的高要求。
7、由此可见，发展一种耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂，是粘接领域的一项重要技术挑战，这也是本发明所要解决的关键问题。希望通过本发明的实施，可以在无溶剂的前提下，既保持聚氨酯胶粘剂的优良粘接性能，又提高其在低温环境下的应用性能，满足各种工业领域对环保和高性能胶粘剂的需求。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术中不耐低温的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂。
2、为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
3、本发明提供了一种耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括第一组分和第二组分，其中：所述第一组分包括：聚四氢呋喃二醇、蓖麻油衍生物多元醇、1,2,6-己三醇、异辛酸铋。
4、优选地，所述第二组分包括：e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯、suprasec 4102多异氰酸酯、季戊四醇聚醚四醇。
5、优选地，所述耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂，包括第一组分和第二组分，其中：
6、所述第一组分包括如下重量份的组分：
7、聚四氢呋喃二醇10-40份；
8、蓖麻油衍生物多元醇10-40份；
9、1,2,6-己三醇1-3份；
10、异辛酸铋0.2-0.8份；
11、所述第二组分包括如下重量份的组分：
12、e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯30-50份；
13、suprasec 4102多异氰酸酯20-40份；
14、季戊四醇聚醚四醇10-40份。
15、优选地，所述的第一组分和第二组分重量比为(0.3-0.9)：1。
16、本发明还提供了上述耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括下述步骤：
17、(1)将聚四氢呋喃二醇、蓖麻油衍生物多元醇、1,2,6-己三醇和异辛酸铋混合，50-70℃下搅拌2-4小时，真空脱泡，即得第一组分；
18、(2)e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯、suprasec 4102多异氰酸酯和季戊四醇聚醚四醇在氮气保护下于60-90℃搅拌2-4小时，真空脱泡，即得第二组分；
19、(3)将第一组分和第二组分按重量比(0.3-0.9)：1混合，得到所述耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂。
20、上述原料的作用具体分析如下：
21、第一组分中：
22、聚四氢呋喃二醇(ptmg)：是一种重要的聚醚多元醇，具有良好的耐寒性、耐油性和耐磨性。它的分子结构由一系列四元醇单元连接而成，这些四元醇单元之间通过醚键(-o-)连接，形成灵活的链状结构。这种灵活的链状结构为ptmg带来了出色的柔韧性，使其能够抵抗低温环境中可能引发的脆性破裂。
23、在本发明耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂配方中ptmg用作软段组成部分。软段，即主链的柔性段，是影响聚氨酯力学性能的关键部分。软段的长度和类型可以调控聚氨酯的柔韧性和耐低温性。具体来说，ptmg的引入可以显著增加聚氨酯分子链的移动性，从而提高其在低温环境下的柔韧性和韧性。
24、ptmg也能提高聚氨酯的耐油性和耐磨性。耐油性是指材料能够在接触油类物质时保持其化学稳定性和物理性能，这主要是因为ptmg具有优良的化学稳定性和较低的极性，使其在接触油脂或溶剂时不容易溶解或膨胀。另一方面，聚氨酯的耐磨性，是指其在摩擦或冲击作用下，能够保持其原有的结构和性能。这主要是因为，ptmg的引入能增加聚氨酯分子链的移动性和变形能力，使其在受到外部力时，可以通过分子链的移动和重新排列来分散应力，从而防止发生破裂。
25、总的来说，聚四氢呋喃二醇(ptmg)在耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂配方中，通过改变聚氨酯分子链的结构和性质，为其带来了优异的耐低温性能、柔韧性、耐油性和耐磨性。因此，ptmg在本发明配方中起着不可或缺的作用。
26、蓖麻油衍生物多元醇：是一种由植物来源，经过特殊的化学改性，得到的具有多羟基的复合物，它是一种可再生资源的多元醇。蓖麻油衍生物多元醇的特性，主要取决于蓖麻油的独特化学结构，即长链的脂肪酸酯结构和含有羟基的分子结构。这使得蓖麻油衍生物多元醇具有良好的生物相容性和生物降解性，因此它在环保和绿色化学领域得到了广泛的应用。在本发明耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂配方中，蓖麻油衍生物多元醇被用作链增长剂。链增长剂的主要作用是通过与异氰酸酯反应，增加聚氨酯的分子量，从而改变聚氨酯的物理和化学性质。由于蓖麻油衍生物多元醇的独特的结构，它与异氰酸酯反应后，可以形成具有良好柔韧性和耐低温性的聚氨酯。具体来说，蓖麻油衍生物多元醇的多羟基可以与异氰酸酯形成氨酯键，生成新的聚合物链，从而提高聚氨酯的分子量。而且，由于蓖麻油衍生物多元醇的链状结构和灵活的醚键，使得新生成的聚氨酯链具有良好的柔韧性。这种柔韧性使得聚氨酯能够在低温环境下保持良好的机械性能和粘合性能。同时，蓖麻油衍生物多元醇的长链脂肪酸酯结构，可以增强聚氨酯的疏水性，从而提高其耐水性能。此外，蓖麻油衍生物多元醇的生物降解性，也使得所得聚氨酯具有良好的环保性能。
27、1,2,6-己三醇，是一种有三个醇基的多元醇，每个醇基都可以与异氰酸酯发生反应，形成聚氨酯链。在制备聚氨酯胶粘剂的过程中，1,2,6-己三醇可以起到交联剂的作用。交联剂的主要功能是连接两个或多个聚合物分子，形成三维网状结构。这样的结构可以大大提高聚氨酯的低温稳定性，使得聚氨酯胶粘剂在低温环境下也能够保持良好的性能。1,2,6-己三醇的存在，能有效地增加聚氨酯分子链间的交联密度，提高其抗拉强度、抗冲击强度以及硬度。这在很大程度上优化了聚氨酯胶粘剂的力学性能，使得其在承受外部力量时表现出更强的稳定性和耐久性。此外，由于1,2,6-己三醇可以增加聚氨酯的交联密度，也能提高聚氨酯的耐化学品性能。三维网状结构的形成可以防止化学品渗入聚氨酯内部，保护聚氨酯不受化学品的侵蚀和破坏。这一特性使得聚氨酯胶粘剂在化学品环境下也能够保持稳定的性能。总的来说，1,2,6-己三醇在耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂配方中的作用是多方面的：它不仅可以作为交联剂提高聚氨酯的低温稳定性和耐化学品性能，还可以通过增加聚氨酯的交联密度来优化聚氨酯胶粘剂的力学性能。这使得胶粘剂在各种环境条件下都能够展现出优良的性能。
28、异辛酸铋，是一种有机锡催化剂，降低反应的活化能，从而加速反应速度，提高反应效率。在本发明耐低温无溶剂聚氨酯胶粘剂的配方中，异辛酸铋主要促进异氰酸酯与多元醇的反应。这种反应生成了聚氨酯的主链，是聚氨酯胶粘剂的核心成分。异辛酸铋的存在可以有效地加速这一反应，使得聚氨酯胶粘剂的生产过程更加迅速和高效。此外，异辛酸铋还可以通过优化反应条件，提高聚氨酯胶粘剂的品质。在异辛酸铋的作用下，异氰酸酯与多元醇的反应更加充分，生成的聚氨酯分子链更加完整，分布更加均匀，这将使得胶粘剂具有更好的物理和化学性能。总的来说，异辛酸铋在耐低温无溶剂聚氨酯胶粘剂配方中的作用是至关重要的。它不仅可以加速异氰酸酯与多元醇的反应，提高生产效率，还可以通过优化反应条件，提高胶粘剂的品质。
29、第二组分中：
30、e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯，是一种多异氰酸酯(polymeric mdi，也称为pmdi)。在聚氨酯胶粘剂配方中，这种化合物起着重要的反应性角色。当它与多元醇发生反应时，会形成尿素型或脲型连接键，这些连接键构成了聚氨酯的网络结构。e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯的高官能度使其在聚氨酯胶粘剂配方中起着特殊的作用。e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯含有大量可以与多元醇反应的异氰酸酯基团，因此，它能形成交联密度较高的聚氨酯。这种高交联密度的聚氨酯具有出色的耐低温性能。总结来说，e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯在无溶剂聚氨酯胶粘剂配方中的作用是多方面的。它不仅起到关键的反应性角色，与多元醇发生反应形成聚氨酯的网络结构，而且由于其高官能度，可以形成交联密度高的聚氨酯，进而提高胶粘剂的耐低温性能。同时，由于其优越的机械性能，e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯使得聚氨酯胶粘剂具有良好的粘合强度、耐磨性和耐化学性。
31、suprasec 4102，一种脲酮亚胺改性多异氰酸酯，具有低温稳定性和良好混溶性，并且可以在配方中作为硬段应用，其特殊的化学结构为聚氨酯胶粘剂带来了显著的硬度和抗拉强度提升。它与多元醇的反应生成硬段，这有助于增强聚氨酯胶粘剂的整体性能，包括硬度和抗拉强度，使得这种胶粘剂在各种严酷的环境条件下仍能保持良好的表现。低温稳定性是suprasec 4102的一个显著优点，这使得它在低温环境中能够维持其化学和物理性质的稳定，对于用于制备耐低温聚氨酯胶粘剂的原料来说，这是非常重要的。另外，suprasec 4102的混溶性强，这使得它能够与配方中的其他成分很好地混合，从而提高了聚氨酯胶粘剂的整体性能。总之，suprasec 4102多异氰酸酯的存在和应用，为优化聚氨酯胶粘剂配方和提高其性能提供了重要支持。它作为硬段成分增强了胶粘剂的硬度和抗拉强度，并且其出色的低温稳定性和混溶性，使得胶粘剂在各种环境条件下都能表现出优秀的性能。
32、季戊四醇聚醚四醇是一种特殊的多元醇，本发明中用作交联剂，与异氰酸酯反应可以形成高交联密度的聚氨酯。季戊四醇聚醚四醇的引入能够明显提高聚氨酯的机械性能，包括强度、硬度、韧性等，因为交联结构增强了聚氨酯的内部相互作用力。此外，季戊四醇聚醚四醇还能提高聚氨酯的耐热性。由于交联结构的存在，聚氨酯链段之间的物理交联使得聚氨酯在高温下依然保持稳定，防止了热降解。最重要的是，季戊四醇聚醚四醇对聚氨酯的低温性能有显著的影响。高交联密度的聚氨酯通常在低温下依然能保持良好的柔韧性和弹性，这主要得益于聚醚结构在低温下依然能够保持一定的链段运动能力，这使得在制备低温聚氨酯胶粘剂中，季戊四醇聚醚四醇的使用变得至关重要。
33、本发明耐低温的无溶剂聚氨酯胶粘剂具有以下有益效果：
34、耐低温性能优秀：这种聚氨酯胶粘剂通过特定的配方设计和原材料选择，确保了其在极低温度(如-196℃)下依然保持良好的剪切强度和粘接性能。
35、优良的机械性能：配方中原材料的协同效应使聚氨酯胶粘剂具有良好的硬度和抗拉强度，同时保持了一定的柔韧性。
36、环保：由于是无溶剂的配方，这种聚氨酯胶粘剂在生产和使用过程中对环境的影响降到最低，同时使用的蓖麻油衍生物多元醇也是一种可再生资源。
37、良好的化学稳定性：配方中的异辛酸铋、e-405-80t六亚甲基二异氰酸酯和suprasec 4102多异氰酸酯等组成，确保了聚氨酯胶粘剂具有优良的耐化学品性能和热稳定性。
38、广泛的应用性：由于其优秀的耐低温性能和机械性能，这种聚氨酯胶粘剂可以广泛应用在许多需要耐低温环境的领域，如航天航空、极地科研、低温工程等。