冬季環(huán)境溫度低、濕度小,與夏季高溫高濕截然相反。溫度對聚氨酯粘合劑的反應速率(熟化速度)影響很大,聚氨酯粘合劑因為含有異氰酸酯基團,可與包括水在內(nèi)的活潑氫反應,因而環(huán)境的濕度對聚氨酯粘合劑的影響也很大。
1
聚氨酯的基本反應式
雙組分聚氨酯復合粘合劑最主要的化學反應有兩個:一是異氰酸酯基團與羥基基團反應生成氨基甲酸酯,這是雙組分聚氨酯復合粘合劑的主反應;二是異氰酸酯基團與水反應生成脲基和二氧化碳氣體,這是個副反應,由于環(huán)境中含有水、薄膜上會吸附水,所以這個副反應是不可避免的。
聚氨酯的反應方程式如下:
2
化學反應速率
化學反應速率就是化學反應進行的快慢程度,用單位時間內(nèi)反應物或生成物的物質的量、濃度的變化來表示。化學反應速率的計算公式:
對于該反應:mA+nB=pC+qD
v(A):v(B):v(C):v(D)=Δn(A):Δn(B):Δn(C):Δn(D)
影響化學反應速率的因素:
主要因素:反應物本身的性質;
外界因素:溫度,濃度,壓強,催化劑,光,激光,反應物顆粒大小,反應物之間的接觸面積和反應物狀態(tài)。另外,x射線,γ射線,固體物質的表面積與反應物的接觸面積,反應物的濃度也會影響化學反應速率。
(1)反應物本身的性質影響化學反應的速率。
(2)溫度條件影響化學反應的速率
升高溫度,反應物分子獲得能量,使一部分原來能量較低分子變成活化分子,增加了活化分子的百分數(shù),使得有效碰撞次數(shù)增多,所以反應速率加大。另外,由于溫度升高,使分子運動速率加快,單位時間內(nèi)反應物分子碰撞次數(shù)增多,反應也會相應加快。
經(jīng)典的阿倫尼烏斯方程是瑞典化學家阿倫尼烏斯提出的關于化學反應的速率常數(shù)與溫度之間的關系式。溫度提高,反應速率加快。
阿倫尼烏斯方程可以表示為以下形式:
lnk=lnk0~Ea/RT
k - 反應速率常數(shù),min-1
k0 - 頻率因子常數(shù),min-1
Ea - 反應活化能,J/mol
R -摩爾氣體常數(shù),8.314J/(mol×K)
T - 絕對溫度,K
(3)條件濃度
當其它條件一致下,增加反應物濃度就增加了單位體積的活化分子的數(shù)目,從而增加有效碰撞,反應速率增加,但活化分子百分數(shù)是不變的。
(4)催化劑
使用正催化劑能夠降低反應所需的能量,使更多的反應物分子成為活化分子,大大提高了單位體積內(nèi)反應物分子的百分數(shù),從而成千上萬倍地增大了反應物速率,負催化劑則反之。催化劑只能改變化學反應速率,卻改不了化學反應平衡。
3
聚氨酯粘合劑反應速率
聚氨酯粘合劑(雙組分)的反應,包括異氰酸酯與羥基的反應以及異氰酸酯與水的反應,同樣受到以上因素的影響。
(1)反應物本身的性質:比如,作為聚氨酯的羥基組分,伯羥基的反應速率高于仲羥基;再比如,同結構的聚酯多元醇,分子量小的活性高,反應速率快。
(2)催化劑:不同的聚氨酯催化劑體系,對反應速率影響很大。
聚氨酯粘合劑配方固定的情況下,上述兩點會固定下來。
(3)溫度:溫度升高,聚氨酯反應速率加快,不論是異氰酸酯與羥基反應還是異氰酸酯與水的反應;反之,反應速率慢。
一般認為,低于10℃,聚氨酯基本不反應,即反應速率極低。
(4)濃度:反應物的濃度提高,反應速率加快。比如水的濃度提高(空氣濕度大),與異氰酸酯的反應速率提高,反之,水的濃度低,則反應速率慢。
4
無溶劑聚氨酯復合粘合劑冬季熟化速度
冬季環(huán)境溫度低、濕度小,對無溶劑聚氨酯復合粘合劑的反應速率影響較大。對于反應物本身的性質一級催化劑體系來說:配方固定,反應物本身的性質已經(jīng)確定,催化劑不論是存在還是不存在,數(shù)目種類都是確定的,因此反應速度主要來自外界其它因素的影響。
(1)溫度
在熟化室溫度確定的情況下,如果是單片較小的兩張薄膜,用無溶劑聚氨酯復合粘合劑復合完成粘接,熟化速度(反應速率)基本沒有影響。
但是,無溶劑聚氨酯復合粘合劑,作為軟包裝復合用粘合劑,需要涂布在薄膜上,然后與另外一層薄膜復合,收卷成大的膜卷,膜卷的直徑一般在600~800mm左右,薄膜寬度一般在500~1000mm左右,這么大的膜卷在熟化室里完成熟化。冬季膜卷的溫度低,在熟化室里需要很長的預熱時間才能達到熟化室的溫度。
(2)濕度
濕度即空氣中的含水量,冬季濕度小,空氣中的含水量低。一是水的濃度降低,異氰酸酯與水反應速度降低從而固化反應速度降低,二是異氰酸酯過量,需要水滲入膜卷的膠層,才能完成固化,導致熟化慢。
無溶劑聚氨酯復合粘合劑,在配方和配比固定的情況下,NCO/OH有個特定的比例才能保證粘合劑固化。
NCO/OH=粘合劑中異氰酸酯的摩爾數(shù)/OH的摩爾數(shù)
(OH= 粘合劑中羥基和水+空氣中的水+薄膜、油墨、鍍鋁、鋁箔中的水、醇以及其他可與NCO反應的物質)
聯(lián)系客服