多异氰酸酯胶黏剂是由多异氰酸酯单体或其低分子衍生物组成的胶黏剂,它是聚氨酯胶黏剂中的早期产品。第二次世界大战期间,德国人用三苯甲基烷三异氰酸酯作胶黏剂,成功地将橡胶与金属粘接起来,并应用于坦克车的覆带、救生筏及充气防护衣等,从而开始了多异氰酸酯胶黏剂的生产与应用。
多异氰酸酯胶黏剂属于反应型胶黏剂。粘接强度高,特别适合于金属与橡胶、纤维等的粘接。
7.3.1 三苯基甲烷-4,4′,4″-三异氰酸酯胶黏剂
三苯基甲烷-4,4′,4″-三异氰酸酯(triphenyl
methane-4,4′,4″-triisocyanate)简称TTI,是以对氨基苯甲醛与苯胺缩合制成的三(4-氨基苯基)甲烷(副品红)为原料,配制成副品红氯苯溶液,滴加到光气氯苯溶液中,经过低温光气化后,慢慢升温进行高温光气化。反应终了后,用氮气赶除剩余光气和氯化氢,然后降温过滤、蒸馏制得产品。
纯的三苯基甲烷-4,4′,4″-三异氰酸酯为固体,分子式C22H13N3O3,分子量为367,熔点89~90℃。TTI易溶于苯、甲苯、氯苯、氯代烃等有机溶剂,其商业产品一般配制成二氯甲烷或氯苯溶液出售。德国Bayer公司三苯甲基烷-4,4′,4″-三异氰酸酯胶黏剂商品牌号为Desmodur
R,为TTI的20%二氯甲烷溶液,外观为绿黄色至红紫色,密度1.31~1.32g/㎝3,NCO含量为(7.0±0.2)%,粘度(20℃)为3.0±1.0)mPa·s.
我国大连染料厂和重庆长风化工厂生产的三苯基-4,4′,4″-三异氰酸酯商品牌号为JQ-1胶,又称列克纳胶。产品质量:外观为紫红色微带蓝色的液体,TTI含量(20±1)%,氯苯中不溶物小于0.1%,粘合强度(橡胶与硬铝或钢)为0.4MPa.
TTI胶粘剂溶液颜色可以从绿色到红棕色,然后再转成暗紫色,这种变色现象不影响胶黏剂的质量。该胶粘剂需在密封的容器中于0~20℃温度下保存。贮存期为1~1.5年。TTI胶粘剂在高温或长期受热或在光线的长期作用下本身易聚合,为了防止光线作用,胶液应贮存于暗处。为了增加TTI胶粘剂的稳定性,可以添加1%三氯化磷或五氯化磷。
JQ-1消耗定额 kg/t
副品红(90%) 1863
氯化苯(工业品) 1068
光气(工业品) 413
7.3.2硫代磷酸三(4-异氰酸酯基苯酯)胶粘剂
硫代磷酸三(4-异氰酸酯基苯酯)简称TPTI。其中生产工艺如下。对硝基苯酚与三氯硫磷在碱性介质中进行缩合,其产物经精制后再于乙醇溶液中,以Raney-Ni为催化剂进行加氢,制得三氨基三苯基硫代磷酸三(TPTA),再将TPTA以冷-热两步进行光气化制成硫代磷酸三(4-异氰酸酯基苯酯)。
硫代磷酸三(4-三异氰酸酯苯酯)分子式C21H12N3O6SP,分子量465,熔点84~86℃。易溶于二氯甲烷、三氯乙烯、醋酸乙酯、苯以及甲苯等溶剂中,TPTI比TTI更易溶于极性溶剂。
国产JQ-4胶粘剂,是以TPTI氯化苯配制成含量为20%的溶液。其主要质量指标为NCO含量5.3%~5.5%。3#钢-5470与橡胶粘合强度为4.0MPa,硬铝-5470与橡胶粘合强度为4.0MPa。
JQ-4胶粘剂原料消耗定额/(kg/t)
对硝基苯酚(98%)
甲苯
乙醇(95%)
氢气(99%)
氯化苯 |
480
450
880
550m3
1300 |
三氯硫磷(96%)
催化剂(C-107)
Raney-Ni
光气(98%) |
198
4.5
28
850 |
7.3.2.1DesmodurRF
德国Bayer公司的商品牌号为DesmodurRF,是以二氯甲烷为溶剂配制的硫代磷酸三(4-异氰酸酯基苯酯)胶粘剂。固含量约为20%,NCO含量(5.4±0.2)%,密度(20℃)1.32g/㎝3,粘度(20℃)(3.0±1.0)mPa·s,外观为浅黄棕色透明液体,对阳光稳定性较好。无变色现象。国内牌号定为JQ-4,其溶剂为氯苯。
DesmodurRF胶粘剂颜色较浅,其胶层不受光线影响,可代替三苯基-4,4′,4″-三异氰酸酯胶粘剂(DesmodurR)用于粘接浅色材料。
7.3.2.2DesmodurRFE
最近几年,德国Bayer公司在制鞋工业中推荐商品牌号为DesmodurRFE的胶粘剂,它的主成分仍是硫代磷酸三(4-三异氰酸酯基苯酯),其溶剂是以醋酸乙酯代替DesmodurRFE中有毒的氯甲烷,从而在使用时更加安全。DesmodurRFE与DesmodurRF一样,主要用于粘剂浅色材料的天然橡胶、合成橡胶,以及作为羟基聚氨酯胶粘剂的交联剂。
(1)
产品技术指标、DesmodurRFE的化学组成是硫代磷酸三(4-三异氰酸酯基苯酯)的醋酸乙酯溶液,其产品技术指标参见表7-3
表7-3
DesmodurRFE的技术指标
项目 |
指标 |
项目 |
指标 |
外观
NCO含量/%
固含量/% |
浅黄棕色透明液体
7.2±0.2
约27 |
粘度(23℃)/mPa·s
密度(23℃)/(g/cm3)
闪点/℃ |
约3.0
0.9 ~1.0
约-0.3 |
(2)
贮存稳定性
DesmodurRFE必须用密封的容器包装,从大容器分装成小容器包装时,必须在隔断湿气和空气中水分的条件下操作。包装容器用铝或玻璃制做,密封用得螺旋盖有聚乙烯材料制成。该产品在低温贮存时会产生结晶体,加热至室温即可溶解。
(3)产品安全性DesmodurRFE含有挥发性低的硫代磷酸三(4-异氰酸酯基苯酯)和挥发性大的易燃的醋酸乙酯。因此在使用时必须注意有机溶剂的燃烧。当采用含有DesmodurRFE的胶粘剂进行喷雾施胶时,必须在抽气排风的设备下进行操作,以保证施工者的安全。
(4)稀释剂溶剂DesmodurRFE可用醋酸甲酯、醋酸乙酯、丙酮、甲乙酮以及甲苯进行稀释,但溶剂内必须不含水分和醇。
(5)适用期、DesmodurRFE作为交联剂配制成的双组分胶粘剂,其适用期一般为几个小时到一日(工作日)。适用期的长短不仅取决于胶粘剂的含量,而且决定于配合剂的选择。如:树脂、抗氧剂以及溶剂。超过适用期的胶粘剂其粘度迅速升高,难以操作。最后使胶粘剂变成不可逆的凝胶而不能进行施胶。
(6)添加量
DesmodurRFE含醋酸乙酯,其胶液密度为0.9~1.0g/cm3,比用氯甲烷配制的
DesmodurRF(密度1.32g/cm3)要轻,而
DesmodurRFE代替
DesmodurRF时不需改变按体积计算的添加量,但如按重量计算则
DesmodurRFE加入量要减少近25%。各种胶粘剂中
DesmodurRFE交联剂的添加量参见表7-4.
表7-4
DesmodurRFE交联剂的添加量
100份胶粘剂 |
DesmodurRFE(质量份) |
天然橡胶(橡胶含量13%)
氯丁橡胶(Baypren)
丁腈橡胶(PerbunanN,橡胶含量15%)
羟基聚氨酯(Desmocoll,聚氨酯含量20%) |
2.5 ~4
4 ~7
4 ~7
4 ~7 |
7.3.3四异氰酸酯胶粘剂
最常用的四异氰酸酯胶粘剂是二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯,它由甲苯二胺与苯甲醛缩合,生成二甲基甲烷四胺,经光气化、活性炭脱色处理、抽滤浓缩或用溶剂配制而成。
二甲基二苯基甲烷四异氰酸酯胶粘剂产品牌号为“7900”胶,有固体粉末型和氯苯溶液型,其胶粘剂产品技术指标参见表7-5.
表7-57900胶粘剂的技术指标
类型 |
粉末型 |
液体型 |
外观
固体含量/%
NCO含量/%(最小)
细度(通过150目,最小)
贮存期/月 |
浅黄或棕黄色
90
34.6
95
6 |
浅棕至棕色
20±1
7.7
―
18 |
二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯胶粘剂是一种性能优良的多异氰酸酯胶粘剂,广泛应用于橡胶、皮革、塑料、金属、织物的粘接,其主要用途是作氯丁胶粘剂和聚氨酯胶粘剂的交联剂,用于制鞋等行业。“7900”胶粘剂粘接强度比列克纳高,而且胶层颜色浅,不会产生变色现象,性能可与DesmodurRF媲美。