粘劑的設(shè)計是以獲得最終使用性能為目的，對聚氨酯膠粘劑進(jìn)行配方設(shè)計，要考慮到所制成的膠粘劑的施工性(可操作性)、固化條件及粘接強(qiáng)度、耐熱性、耐化學(xué)品性、耐久性等性能要求。

一、聚氨酯分子設(shè)計之結(jié)構(gòu)與性能

聚氨酯由于其原料品種及組成的多樣性，因而可合成各種各樣性能的高分子材料。例如從其本體材料(即不含溶劑)的外觀性嚴(yán)主講，可得到由柔軟至堅硬的彈性體、泡沫材料。

聚氨酯從其本體性質(zhì)(或者說其固化物)而言，基本上屆彈性體性質(zhì)，它的一些物理化學(xué)性質(zhì)如粘接強(qiáng)度、機(jī)械性能、耐久性、耐低溫性、耐藥品性，主要取決于所生成的聚氨酯固化物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。所以，要對聚氨酯膠粘劑進(jìn)行配方設(shè)計，首先要進(jìn)行分子設(shè)計，即從化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成對性能的影響來認(rèn)識。有關(guān)聚氨酯原料品種及化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

二、從原料角度對PU膠粘劑制備進(jìn)行設(shè)計

聚氨酯膠粘劑配方中一般用到三類原料：一類為NCO類原料(即二異氰酸酯或其改性物、多異氰酸酯)，一類為OH類原料(即含羥基的低聚物多元醇、擴(kuò)鏈劑等，廣義地說，是含活性氫的化合物，故也包括多元胺、水等)，另有一類為溶劑和催化劑等添加劑。從原料的角度對聚氨酯膠粘劑進(jìn)行配方設(shè)計，其方法有下述兩種。1、由上述原料直接配制最簡單的聚氨酯膠粘劑配制法是OH類原料和NCO類原料(或及添加劑)簡單地混合、直接使用。這種方法在聚氨酯膠粘劑配方設(shè)計中不常采用，原因是大多數(shù)低聚物多元醇分子量較低(通常聚醚 Mr<6000，聚酯Mr<3000)，因而所配制的膠粘劑組合物粘度小、初粘力小。有時即使添加催化劑，固化速度仍較慢，并且固化物強(qiáng)度低，實用價值不大。并且未改性的TDI蒸氣壓較高，氣味大、揮發(fā)毒性大，而MDI常溫下為固態(tài)，使用不方便，只有少數(shù)幾種商品化多異氰酸酯如PAPl、 Desmodur R、Desmodur RF、Coronate L等可用作異氰酸酯原料。不過，有幾種情況可用上述方法配成聚氨酯膠粘劑。例如：(1)由高分子量聚酯(Mr5000-50000)的有機(jī)溶液與多異氰酸酯溶液(如 Coronate L)組成的雙組分聚氨酯膠粘劑，可用于復(fù)合層壓薄膜等用途，性能較好。這是因為其主成分高分子量聚酯本身就有較高的初始粘接力，組成的膠粘劑內(nèi)聚強(qiáng)度大；(2)由聚醚(或聚酯)或及水、多異氰酸酯、催化劑等配成的組合物，作為發(fā)泡型聚氨酯膠粘劑、粘合劑，用于保溫材料等的粘接、制造等，有一定的實用價值。2、NCO類及OH類原料預(yù)先氨酯化改性如上所述，由于大多數(shù)低聚物多元醇的分子量較低，并且TDI揮發(fā)毒性大，MDI常溫下為固態(tài)，直接配成膠一般性能較差，故為了提高膠粘劑的初始粘度、縮短產(chǎn)生一定粘接強(qiáng)度所需的時間，通常把聚醚或聚酯多元醇與TDI或MDI單體反應(yīng)，制成端NCO基或OH基的氨基甲酸酯預(yù)聚物，作為NCO成分或OH成分使用。

三、從使用形態(tài)的要求設(shè)計PU膠

從聚氨酯膠粘劑的使用形態(tài)來分，主要有單組分和雙組分。

1、單組分聚氨酯膠粘劑的優(yōu)點是可直接使用，無雙組分膠粘劑使用前需調(diào)膠之麻煩。單組分聚氨酯膠粘劑主要有下述兩種類型。（1）以一NCO為端基的聚氨酯預(yù)聚物為主體的濕固化聚氨酯膠粘劑，合成反應(yīng)利用空氣中微量水分及基材表面微量吸附水而固化，還可與基材表面活性氫基團(tuán)反應(yīng)形成牢固的化學(xué)鍵。這種類型的聚氨酯膠一般為無溶劑型，由于為了便于施膠，粘度不能太大，單組分濕固化聚氨酯膠粘劑多為聚醚型，即主要的含一OH原料為聚醚多元醇。此類膠中游離NCO含量究竟以何程度為宜，應(yīng)根據(jù)膠的粘度(影響可操作性)、涂膠方式、涂膠厚度及被粘物類型等而定，并要考慮膠的貯存穩(wěn)定性。

（2）以熱塑性聚氨酯彈性體為基礎(chǔ)的單組分溶劑型聚氨酯膠粘劑，主成分為高分子量端OH基線型聚氨酯，羥基數(shù)很小，當(dāng)溶劑開始揮發(fā)時膠的粘度迅速增加，產(chǎn)生初粘力。當(dāng)溶劑基本上完全揮發(fā)后，就產(chǎn)生了足夠的粘接力，經(jīng)過室溫放置，多數(shù)該類型聚氨酯彈性體中鏈段結(jié)晶，可進(jìn)一步提高粘接強(qiáng)度。這種類型的單組分聚氨酯膠一般以結(jié)晶性聚酯作為聚氨酯的主要原料。單組分聚氨酯膠另外還有聚氨酯熱熔膠、單組分水性聚氨酯膠粘劑等類型。

2、雙組分聚氨酯膠粘劑由含端羥基的主劑和含端NCO基團(tuán)的固化劑組成，與單組分相比，雙組分性能好，粘接強(qiáng)度高，且同一種雙組分聚氨酯膠粘劑的兩組分配比可允許一定的范圍，可以此調(diào)節(jié)固化物的性能。主劑一般為聚氨酯多元醇或高分子聚酯多元醇。兩組分的配比以固化劑稍過量，即有微量NCO基團(tuán)過剩為宜，如此可彌補可能的水分造成的NCO損失，保證膠粘劑產(chǎn)生足夠的交聯(lián)反應(yīng)。

四、根據(jù)性能要求設(shè)計PU膠

若對聚氨酯膠粘劑有特殊的性能要求，應(yīng)根據(jù)聚氨酯結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行配方設(shè)計。不同的基材，不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用環(huán)境，往往對聚氨酯膠有一些特殊要求，如在工業(yè)化生產(chǎn)線上使用的聚氨酯膠要求快速固化，復(fù)合軟包裝薄膜用的聚氨酯膠粘劑要求耐酸耐水解，其中耐蒸煮軟包裝用膠粘劑還要求一定程度的高溫粘接力，等等。

1、耐高溫聚氨酯膠粘劑普遍耐高溫性能不足。若要在特殊耐溫場合使用，可預(yù)先對聚氨酯膠粘劑進(jìn)行設(shè)計。有幾個途徑可提高聚氨酯膠的耐熱性，如：(1)采用含苯環(huán)的聚醚、聚酯和異氰酸酯原料；

(2)提高異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑(它們組成硬段)的含量；

(3)提高固化劑用量；

(4)采用耐高溫?zé)峤獾亩喈惽杷狨?/span>(如含異氰脲酸酯環(huán)的)，或在固化時產(chǎn)生異氰脲酸酯；

(5)用比較耐溫的環(huán)氧樹脂或聚砜酰胺等樹脂與聚氨酯共混改性，而采用pN技術(shù)是提高聚合物相容性的有效途徑。

2、耐水解性聚酯型聚氨酯膠粘劑的耐水解性較差，可添加水解穩(wěn)定劑(如碳化二亞胺、環(huán)氧化合物等)進(jìn)行改善。為了提高聚酯本身的耐水解性，可采用長鏈二元酸及二元醇原料(如癸二酸、1，6—己二醇等)，有支鏈的二元醇如新戊二醇原料也能提高聚酯的耐水解性。聚醚的耐水解性較好，有時可與聚酯并用制備聚氨酯膠粘劑。在膠粘劑配方中添加少量有機(jī)硅偶聯(lián)劑也能提高膠粘層的耐水解性。

3、提高固化速度的一種主要方法是使聚氨酯膠粘劑有一定的初粘力，即粘接后不再容易脫離。因而提高主劑的分子量、使用可產(chǎn)生結(jié)晶性聚氨酯的原料是提高初粘力和固化速度的有效方法。有時加入少量三乙醇胺這類有催化性的交聯(lián)劑也有助于提高初粘力。添加催化劑亦為加快固化的主要方法。

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