金黎琦 (上海橡胶制品研究所，上海200052) 编译

    0 前 言

    单组份聚氨酯胶粘剂已为人们所熟悉。专利DE 2365623中介绍了一种用于粘合潮湿木块的液态多官能团异氰酸酯预缩合物，其异氰酸酯基团(NCO)的含量为2％ ～15％(wt％)。在此聚氨酯预缩合物中可加入适量添加剂，如着色剂、溶剂、水和控泡剂等，尤其可通过加入填料来改善其加工性能，诸如提高粘度、赋于触变性、防止胶液渗入木块以及在预压过程中提高其粘性等等。填料可选择胶体二氧化硅以及硅胶粉，文中使用的是木质粉。虽然这种填料的添加量达15％ ～25％(wt％)，但胶粘剂仍呈液态，且易滴下，尽管状态比未添加此种填料的稍好一些，但效果仍不理想。

    1 研究思路

    由此，科研人员开始研究如何让单组份聚氨酯胶粘剂具有一种特殊的流变性质，即一方面，使其有足够的流淌性，可压出；另一方面，又要具备足够的抗蠕变力，在垂直的表面上不会滴落或流淌。当然结构胶和组合胶所具备的粘接性能也不可或缺。

    要解决这一问题并不困难，那就是必须使用线型聚氨酯预聚体，而不能用支化或交联的聚氨酯预聚体。此外还需用高分散性白炭黑作为增稠剂。这里采用的是糊状单组份聚氨酯。这种单组份聚氨酯胶粘剂具有独特的流变特性：按照DIN EN 29048标准在室温(23 oC)下测得其压出量一般大于2000 g／min，较好的大于2300 g／min，最好的可超过2600 g／mln。抗蠕变性也要高，5 min后的垂流量低于6．0 g，较好的低于4．0 g，最好可低于2．0 g(按照标准DIN EN27390执行)，这样便也达到了结构胶和组合胶的要求。

    具有这种特殊流变性的聚氨酯胶粘剂，它首先必须是线型结构。为了获得线型结构，多羟基组份和多异氰酸酯组份各自的平均官能度都必须以低于2．15为宜，低于2．0则最佳。

    1．1 聚氨酯预聚体

    聚氨酯预聚体中至少应含有一种多羟基化合物。如聚酯多元醇，如Desmophen 1700聚酯(拜尔)、PE 231聚酯(汉高)、PE 218聚酯(汉高)；或聚醚多元醇，如聚乙二醇，聚丙二醇等。多羟基化合物分子量在200 g／tool～8000 g／mol为宜，尤其以1000 g／mol一3000 g／mol最好。

    聚氨酯预聚体中的多异氰酸酯组份至少应含有一种多异氰酸酯。它可以是脂肪族的或脂环族的，芳香族的更好，尤其MDI、IPDI、TDI和TMXDI较佳。

    多羟基化合物组份与多异氰酸酯组份之间的含量比可等价地用NCO基团与OH基因之比来说明，NCO／OH在3．5～7．5为宜，尤其以4．5～ 5．5最好。

    过量的NCO基团在预聚体中的含量以7．0％ 一15．0％(wt％)为宜，特别是10％一15％(wt％)更好。23℃下聚氨酯预聚体的布氏(Brookfield)粘度在500 mPa·s～12000 mPa·s为宜，最好为15OO mPa·S～3500 mPa·s。聚氨酯预聚体可用常规方法制得，最好不含溶剂或水。反应条件，尤其是催化剂及反应

温度，都应进行合理选择以免出现支化。

1．2 增稠剂

    增稠剂用以保证其塑性流动。也就是说，当模量低于屈服点时，聚氨酯胶粘剂就像一块具有弹性且可变形的固体。只有当剪切应力超过一定值(屈服点)时，聚氨酯胶粘剂才开始流动。过了屈服点后，剪切速率随剪切应力的降低而升高。其粘度变化与剪切速率有关，但与剪切时间无关，因此，当剪切应力一旦去除，粘度即恢复初始值。作为增稠剂的高分散性白炭黑能够达到这些要求，其加入量以2％ ～8％(wt％)为宜，4％ ～6％(wt％)最好。

    1．3 填料

    填料并不是用来影响流变性的，而是用作增量剂使用的。同时，添加填料也能改善使用性能，如减小收缩率等。此外，还对硬度、强度、弹性等有影响。可以通过添加有色填料使胶粘剂着色。加入的填料可以是粉末状的，也可以是纤维状的，既可以是无机的，也可以是有机的。无机填料可以是碳酸盐类(如碳酸钙)，硅酸盐类(如滑石粉、粘土、云母)，硫酸盐类(如硫酸钙、硫酸钡)，以及氢氧化铝、玻璃纤维、炭黑等；有机填料有木质粉、树皮粉、麸皮粉、纸浆、稻谷粉、纤维素，以及粉状棉绒纤维，也可以是合成纤维，如聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维等。填料的添加量以不超过5％(wt％)最为适宜。

    1．4 其他添加剂

    为了改善聚氨酯胶粘剂的生产、贮存及使用性能，可加入少量其他的添加剂，添加量以0～ 2％(wt％)为宜，0．1％ ～1．0％(wt％)较佳。常用的其他添加剂有消泡剂、润湿剂、泡沫稳定剂及催化剂等。

    此种单组份聚氨酯胶粘剂一般不含溶剂。不过，为了控制泡沫和便于操作，溶剂含量至多为5％(wt％)[最好不超过2．5％(wt％)]。这里提到的溶剂是指一种室温下呈液态、常压下沸

点低于200~C的惰性介质。典型的溶剂有醚类、酯类、酮类以及脂肪族、脂环族或芳香族类碳氢化合物。

    单组份聚氨酯胶粘剂一般不含增塑剂和水，但在某些场合可含至多5％(wt％)的增塑剂或至多1％(wt％)的水。

    2 制备及应用

    制备单组份聚氨酯，首先要将上述各组份混合均匀。操作温度一般在l5cc～50~C为宜，较好的是在20clC～35℃ 。又因为有异氰酸酯存在，所以需通入惰性气体作为保护介质。这种聚氨酯胶粘剂最显着的特点就是其流变特性。它们既具有较好的流淌性(按标准DIN EN29048测试)，又具有较强的抗蠕变性(按标准DIN EN 27390测试)。因此，这类胶粘剂可用作对抗蠕变性要求较高的结构胶粘剂和组合胶粘剂。又因为它是糊状的，有一定的稠度，使得它可容易地被涂布于相对较大的表面上。同时，这种聚氨酯胶粘剂还具有突出的耐水性(按标准DIN EN 204测得的结果达到了大于4．0 N／ 的要求)以及耐热性(按标准wArrr9l测得的结果也满足了大于7．0 N／ram 的要求)。因此，可将它涂于户外建筑的外表面(如门、窗等)。

    此外，这种胶粘剂可用作结构胶粘剂及组合胶粘剂的优势还在于，它交联后可用于高应力粘接场合；具有较高的初始粘度和抗蠕变力，可用于零部件的装配组合。与此同时，这类胶粘剂还被广泛用于各种物体的粘合，如木材以及其他木质材料。当然，还可与金属(如铝、铜、铅、钢、锌)、塑料[如玻璃增强塑料(GFP)、PVC、聚苯乙烯、密胺]或者矿质物(如石膏、陶瓷、大理石、混凝土)等结合在一起。