[发明专利]一种对基材表面能具有互识性的水基胶粘剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种对基材表面能具有互识性的水基胶粘剂的制备方法，主要用于基材表面能较低且差异较大的合成革、鞋材等的粘接。本发明采用与非极性基材结构相似的二元醇作为WPU软段，合成时通过定向构筑技术，并引入有机硅侧链，有机硅侧链的定向排列可将WPU表面张力调控在20‑35mN/m之间，因定向构筑使得WPU大分子链中富聚的极性链段对极性基材具有互识性，富聚的非极性链段对非极性基材具有互识性，大幅提升了WPU大分子与基材间相互作用力，所制备的粘胶剂安全环保，对TPO、TPU、有机硅、PVC等不同表面能基材均表现出剥离强度≥50N/3cm的粘接能力，大幅提升了WPU粘胶剂的广泛实用性。

技术领域

本发明具体地涉及一种对基材表面能具有自识性的水基胶粘剂的制备方法，属于环保胶粘剂领域。

背景技术

随着环保法规要求日趋严格，传统溶剂型胶粘剂正逐渐被水性胶粘剂所替代，水性环保胶粘剂的开发和应用研究越来越多，市场需求潜力巨大。水性聚氨酯以水为分散介质，具有无毒、不燃、安全环保等优点，并且兼具聚氨酯材料的结构特征和优异的性能，在涂料、合成革、胶粘剂等领域有着广泛应用。水性聚氨酯胶粘剂具有粘接性能优异、结构性能易调节设计、应用领域广等诸多优点，已经成为水性胶粘剂领域的研究热点。

但水的表面张力高达72.8mN/m，导致水基聚氨酯(WPU)的表面张力高(一般≥40mN/m)，对表面能≥40mJ/m²的基材能实现有效润湿、粘接，而合成革基材如TPO、TPU、有机硅、PVC(含增塑剂)等大多表面张力低(30mN/m左右)且差异大，主-客体无法实现有效润湿、粘接。传统方法或通过等离子、电晕等处理来提高基材极性，或通过添加含氟、含硅的表面活性剂降低WPU表面张力，前者工程化难度大，极性基团衰减快而后者只能解决润湿而无法解决粘接问题，无法在合成革、制鞋等粘接领域得到广泛应用。

润湿是粘接的前提和基础。润湿与WPU的表面张力和固-液之间的界面张力有关，而粘接力则与粘接胶和基材之间的相互作用力密切相关。这些作用力包括色散力、诱导力、氢键和范德华力等。外添加含氟、含硅的表面活性剂或向聚氨酯大分子中引入含氟、含硅链段可以降低WPU表面张力、调节WPU和基材之间的界面张力，解决润湿、铺展问题，但无法提升主-客体之间的相互作用力，也无法从根本上解决解决粘接牢度和剥离强度问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种表面张力可调、对基材表面能具有互识性水基聚氨酯胶粘剂的制备方法。针对水性涂层与表面能≤35mJ/m²的基材难以润湿、粘接的共性技术难题，提出了以“增强客体对主体互识性”来提高润湿粘接新构想，创制了表面张力可调、与基材极性具有互识的水性粘胶剂体系，将现有水性聚氨酯可润湿粘接的基材表面能下限从≥40mJ/m²拓展至≥25mJ/m²，满足了95％以上中低极性基材的润湿粘接，为水性涂层技术广泛应用奠定了基础。

本发明提供的一种表面张力可调、对基材表面能具有互识性水基聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于具有操作步骤如下，除特殊说明外，上述所用原料的份数均为摩尔份数：

(1)将HDI三聚体与单羟基硅油严格按摩尔比1:1投入反应器中，在70-80℃下反应2小时，获得含有机硅侧链的二异氰酸酯；

(2)将极性大分子二元醇、二异氰酸酯、亲水扩链剂二羟甲基丙酸(固体重)4.0-5.0wt％加入反应容器中，控制-NCO/-OH摩尔比2:1，在持续搅拌和氮气气氛保护下，升温至80-90℃反应2-3小时，形成-NCO封端的聚氨酯预聚体；

(3)在另一反应器中加入非极性的大分子二元醇、步骤(1)所制备的含有机硅侧链的二异氰酸酯(固体重)3.0-5.0wt％和二异氰酸酯，控制-NCO/-OH摩尔比1:2，在持续搅拌和氮气气氛保护下，升温至80-90℃反应2-3小时，形成-OH封端的聚氨酯预聚体；