冬季環(huán)境溫度低、濕度小,與夏季高溫高濕截然相反。溫度對聚氨酯合劑的反應(yīng)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(yīng),因而環(huán)境的濕度對聚氨酯粘合劑的影響也很大。


聚氨酯的基本反應(yīng)式


雙組分聚氨酯復(fù)合粘合劑最主要的化學(xué)反應(yīng)有兩個:一是異氰酸酯基團與羥基基團反應(yīng)生成氨基甲酸酯,這是雙組分聚氨酯復(fù)合粘合劑的主反應(yīng);二是異氰酸酯基團與水反應(yīng)生成脲基和二氧化碳氣體,這是個副反應(yīng),由于環(huán)境中含有水、薄膜上會吸附水,所以這個副反應(yīng)是不可避免的。


聚氨酯的反應(yīng)方程式如下:



化學(xué)反應(yīng)速率



化學(xué)反應(yīng)速率就是化學(xué)反應(yīng)進行的快慢程度,用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量、濃度的變化來表示。化學(xué)反應(yīng)速率的計算公式:




對于該反應(yīng):mA+nB=pC+qD




v(A):v(B):v(C):v(D)=Δn(A):Δn(B):Δn(C):Δn(D)




影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素:




主要因素:反應(yīng)物本身的性質(zhì);




外界因素:溫度,濃度,壓強,催化劑,光,激光,反應(yīng)物顆粒大小,反應(yīng)物之間的接觸面積和反應(yīng)物狀態(tài)。另外,x射線,γ射線,固體物質(zhì)的表面積與反應(yīng)物的接觸面積,反應(yīng)物的濃度也會影響化學(xué)反應(yīng)速率。




(1)反應(yīng)物本身的性質(zhì)影響化學(xué)反應(yīng)的速率。




(2)溫度條件影響化學(xué)反應(yīng)的速率




升高溫度,反應(yīng)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(yīng)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(yīng)物分子碰撞次數(shù)增多,反應(yīng)也會相應(yīng)加快。




經(jīng)典的阿倫尼烏斯方程是瑞典化學(xué)家阿倫尼烏斯提出的關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù)與溫度之間的關(guān)系式。溫度提高,反應(yīng)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(yīng)速率常數(shù),min-1




k0 - 頻率因子常數(shù),min-1




Ea - 反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)所需的能量,使更多的反應(yīng)物分子成為活化分子,大大提高了單位體積內(nèi)反應(yīng)物分子的百分數(shù),從而成千上萬倍地增大了反應(yīng)物速率,負催化劑則反之。催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率,卻改不了化學(xué)反應(yīng)平衡。

聚氨酯粘合劑反應(yīng)速率



聚氨酯粘合劑(雙組分)的反應(yīng),包括異氰酸酯與羥基的反應(yīng)以及異氰酸酯與水的反應(yīng),同樣受到以上因素的影響。




(1)反應(yīng)物本身的性質(zhì):比如,作為聚氨酯的羥基組分,伯羥基的反應(yīng)速率高于仲羥基;再比如,同結(jié)構(gòu)的聚酯多元醇,分子量小的活性高,反應(yīng)速率快。




(2)催化劑:不同的聚氨酯催化劑體系,對反應(yīng)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(yīng)速率加快,不論是異氰酸酯與羥基反應(yīng)還是異氰酸酯與水的反應(yīng);反之,反應(yīng)速率慢。




一般認為,低于10℃,聚氨酯基本不反應(yīng),即反應(yīng)速率極低。




(4)濃度:反應(yīng)物的濃度提高,反應(yīng)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(yīng)速率提高,反之,水的濃度低,則反應(yīng)速率慢。


無溶劑聚氨酯復(fù)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(fù)合粘合劑的反應(yīng)速率影響較大。對于反應(yīng)物本身的性質(zhì)一級催化劑體系來說:配方固定,反應(yīng)物本身的性質(zhì)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(yīng)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(fù)合粘合劑復(fù)合完成粘接,熟化速度(反應(yīng)速率)基本沒有影響。




但是,無溶劑聚氨酯復(fù)合粘合劑,作為軟包裝復(fù)合用粘合劑,需要涂布在薄膜上,然后與另外一層薄膜復(fù)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(yù)熱時間才能達到熟化室的溫度。


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(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(yīng)速度降低從而固化反應(yīng)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(dǎo)致熟化慢。




無溶劑聚氨酯復(fù)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(yīng)的物質(zhì))




固定了NCO/OH的聚氨酯粘合劑,在冬季濕度小、水含量小的情況下,NCO相對較多,需要更長的時間有足夠水與膠反應(yīng)才能完成固化;反之,夏季濕度大,水含量大,NCO消耗多,容易出現(xiàn)NCO不足,造成固化不完全。