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[转帖]水基型汽车内饰胶粘剂的研究发展（2010-01-20 10:38:46）
标签：水基聚氨酯胶粘剂 水基丙烯酸酯胶粘剂 水基胶粘剂
介绍了两类最常用的水基型汽车内饰胶粘剂如水基聚氨酯胶粘剂、水基丙烯酸酯胶粘剂在汽车内部装饰上的应用现状及各自的研究进展，展望了水基型汽车内饰胶的发展前景。
引言
汽车内饰件种类繁多，材料性质各不相同。汽车内部装饰大多数使用人造革、聚氨酯泡沫塑料、塑料壁纸、乳胶海绵、人造地毯、布、丝绒和木材等多种非金属材料。内饰胶把内饰件粘接到汽车内部，例如顶蓬、地毯、门板、仪表盘等，增加车内美观。聚氨酯软泡沫或其与PVC膜或纤维布复合的材料是国内汽车中用量最大的内装饰材料之一，特别是卡车、中巴车和大客车用的很普遍。目前，在国内粘贴汽车内饰件大多还是使用易燃、有毒、污染环境的溶剂型胶粘剂，以氯丁胶为主。溶剂型胶粘剂不仅造成资源严重浪费，对施工人员的健康造成很大威胁，而且严重污染环境。另外，使用溶剂型胶粘剂装饰的汽车，在装饰后很长一段时间内，夹在其中的有机溶剂将不断地缓慢释放出来，使司乘人员受到伤害，汽车质量也受到影响。因此，世界各国都在大力研究、生产和推广环保型的水基汽车内饰胶粘剂。
1、水基胶粘剂与溶剂型胶粘剂的主要区别
胶粘剂类型主要有溶剂型、热熔型和水基型等，水基胶粘剂分为水溶型和水分散型，本文提到的水基型胶粘剂是指水分散型胶粘剂。水基胶粘剂并不是简单地用水作分散介质代替溶剂型胶粘剂中的溶剂，两者的差别主要在于：溶剂型胶粘剂是以苯、甲苯等有机溶剂作为分散介质的均相体系，物相是连续的。水基胶粘剂是以水作为分散介质的非均相体系;溶剂型胶粘剂的分子质量较低以保持可涂粘性，而水基胶粘剂的粘度与分子质量无关，它的粘度不随聚合物分子质量的改变有明显差异，可把聚合物的分子质量做得较大以提高其内聚强度;在相同的固含量下，水基胶粘剂的粘度一般比溶剂型的低，溶剂型胶粘剂的粘度随固含量的增高而急剧上升;溶剂型胶粘剂的增粘剂主要是酚醛树脂，使粘附力和耐热性都得到提高;水基胶粘剂含表面活性剂、消泡剂和填充剂等;水基胶粘剂易于与其他树脂或颜料混合以改进性能、降低成本;而溶剂型胶粘剂因受到聚合物间的相容性或溶解性的影响，只能与数量有限的其它品种的树脂共混;水基胶粘剂和溶剂型胶粘剂的粘合机理也不相同。
水基型胶粘剂按原料来源主要分为水基聚氨酯胶粘剂、水基聚丙烯酸酯胶粘剂、聚醋酸乙烯类乳液胶、氯丁乳胶、水基环氧树脂胶等。其中用作汽车内部装饰的主要是水基聚氨酯胶粘剂和水基聚丙烯酸酯胶粘剂。
2、水基型汽车内饰胶粘剂的研究进展
2.1水基聚氨酯胶粘剂
本文所指的水基聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯分散于水中而形成的胶粘剂，它在国外其应用和研究已非常普遍。欧洲最早研究开发了聚氨酯水分散液体系，20世纪70年代后形成了几种较为成熟的制备方法，如丙酮法、预聚体分散法、熔融分散法等。80年代有了应用于皮革涂饰、织物整理、涂料的聚氨酯水分散液，直到90年代才逐渐在汽车内饰件粘接上应用。聚氨酯水分散体的一个重要优点是分散体系的粘度与分子质量无关，可制得高固态含量的产品。它具有无毒、无污染、不燃的特点，可以把分子质量做到尽可能大，足够高的分子质量可以使它形成性能优良的粘合膜，对多种材料有良好的粘接性能，缺点是聚氨酯的成本较高。
水基胶的固含量可以在用户要求下任意调整，粘度也能随意调节。
它可以常温固化也可以加热固化，几乎可以做到VOC为0，因此水基胶在汽车上应用增长速度很快。以日本汽车为例，1992年，水性胶只占汽车内饰用胶的2%左右，而1996年就已达到12%，目前汽车内饰胶几乎全部实现水性化，可谓突飞猛进。由于新型汽车塑料部件使用量增加及汽车内饰用胶的增加，德国成为水基聚氨酯胶粘剂最大的用户，估计今后水基聚氨酯胶粘剂的年增长保持在8%～10%。荷兰ZenecaResins估计，为满足汽车工业新型塑料零部件胶接的需要，欧洲市场每年约需水基聚氨酯粘合剂6000多吨。
在汽车工业上，水基聚氨酯胶粘剂正在取代传统的溶剂型粘合剂，开始用于汽车某些部件，如汽车内饰件PVC人造革、仪表板、挡泥板、门板、地毯和顶棚上，汽车顶蓬有聚氨酯软泡沫或其与PVC膜或纤维布复合的材料、塑料壁纸、乳胶海绵、布、丝绒和木材等，水基聚氨酯胶粘剂对这些材料都有较强的粘结性。在汽车内饰用水基聚氨酯粘合剂研制方面，美国、日本和西欧走在前列。日本Sunstar、Sunnex公司开发了用于汽车内饰的离子型水基聚氨酯粘合剂，具有良好的粘接性和贮存稳定性，特别适合于PVC基材的粘接，他们研制的单组分和双组分水基聚氨酯胶粘剂已用于汽车内部装饰上。美国Evode-Tanner公司开发了EVO-Tech385系列水基聚氨酯胶粘剂，所粘接的硬质基材为ABS、聚丙烯纤维板等，粘接的软质基材包括织物、乙烯基塑料等，具有耐高温、耐水、粘接强度高等性能，用于汽车的仪表板、前车门、后车门和杂物箱等部位。荷兰ZenecaResins公司开发的NeoRez系列水基聚氨酯胶粘剂在低活化温度下具有良好初粘性和最终粘结强度，且能耐温(50℃)，对ABS塑料有较好粘接性。
国内水基聚氨酯粘合剂的应用和研究尚处于起步阶段，聚氨酯水分散液研究开发工作十分活跃，黎明化工研究院开发了外交联型阳离子水分散液胶粘剂J-961，其pH值为3.7～4.2，固含量30%～40%，可用于ABS/尼龙、PVC/PE泡沫、帆布/金属、玻璃钢/PS泡沫等材料的粘接。化工部晨光研究所、安徽大学、山西化工研究所都相继开展了这方面的研究工作，从产品结构来看，主要是乳液型，水溶性次之，原料多是聚醚型多元醇和TDI，制备方法一般是自乳化、羧酸型、阴离子体系。但水基聚氨酯粘合剂应用水平不高，生产厂家不多，且品种单一，尚无大量商品上市，市场上仍以进口产品为主。
2.2改性水基聚氨酯胶粘剂
为了降低水基聚氨酯胶粘剂的成本，或结合2种、2种以上聚合物的性能优点，取长补短，可使聚氨酯乳液与许多其他类型的乳液胶如氯丁胶乳、丙烯酸酯类乳液、EVA乳液、环氧树脂乳液等共混，组成新的高性能、低成本的水基聚氨酯胶粘剂。水基聚氨酯还可以在制备过程中进行改性，一种常见的方法是以粒径很微细的水基聚氨酯乳液为乳化剂，加入丙烯酸酯、丙烯腈、苯乙烯等不饱和单体及过硫酸盐为引发剂，以聚氨酯微粒为种子进行乳化聚合。
有关改性水基聚氨酯胶粘剂的研究，美国、日本、西欧也走在前列。美国已开发了水基聚氨酯—聚丙烯酸酯胶粘剂，其粘结强度和耐溶剂性等性能较优，产品已投放欧美市场。国内关于这方面的研究也有报道。如许戈文等用环氧树脂改性聚氨酯阳离子乳液得到了水基聚氨酯胶粘剂，用于汽车内部装饰常用的聚丙烯绒毛的粘接，聚丙烯为非极性结构，它的粘接一直较困难。
该胶粘剂室温固化后对聚丙烯绒毛粘附力强，耐水性、耐溶剂性、手感优异，已获准在大型客车的内装饰中应用。杨冰等人以特制的含羟基聚丙烯酸酯自交联乳液为主体，掺人一定量的多异氰酸酯(MDI或PAPl)溶液，经有效的分散、均质处理，制备了1种适合于硬质聚氯乙烯(PVC-U)材料的水基型粘合体系。
2.3水基丙烯酸酯胶粘剂
水基丙烯酸酯胶粘剂是以水为分散介质，丙烯酸酯为单体经聚合形成的胶粘剂。丙烯酸酯乳液成本低，但粘性比聚氨酯分散体和溶剂型产品小。
上世纪80年代初期，日本Sunstar化学公司研制成功喷涂混合型双组分水基丙烯酸酯胶—水基顶棚胶企鹅1230A。这种胶粘剂是一种由聚丙烯酸酯乳液为主剂和能对该乳液起快速凝胶作用的有机金属盐水溶液为胶凝剂的双组分水基胶。它喷涂时凝胶迅速，初粘强度高，但两组分配比要求严格，需要专用涂胶设备。目前已在日本的汽车行业得到推广应用。
东风汽车公司和北京航空材料研究院于90年代初合作开发研制了SPJ010双组分水基顶棚胶，其各项性能指标达到日本企鹅1230A双组分水基胶的技术水平，并在东风汽车公司的某些车型上获得应用。双组分水基胶在使用中对主剂和胶凝剂的配比有较严格的要求，需要专用涂胶设备，使其应用范围受到一定的限制引。因此，众多汽车厂家希望开发应用单组分水基顶棚胶。
湖北大学化学系与东风汽车公司工艺研究所共同开展了WH-906水基顶棚胶的研制与应用工作。该胶是1种高固含量(66%～68%)的单组分丙烯酸酯共聚乳液。与其他单组分水基胶相比，该胶初粘性明显提高，耐温性、耐湿性更为优越，对PU软泡沫及其复合材料与漆涂装钢板等材料粘贴的工艺性能和效果可以满足汽车内饰使用要求。但由于胶液水分挥发受高湿和低温环境影响较大，在此环境下使用，就没有双组分水基胶那么好的初粘效果。经过几年的试用与改进，现发展为WH-906系列化产品，该系列化产品主要有WH-906A、WH-906B、WH-906C3种型号，适用于不同情况下的粘结。WH-906A玻璃化温度较低，常温下具有较好的压敏性，主要适用于被粘接材料都不吸水也不透气，且能在常温条件下粘接的情况。WH-906B玻璃化稳定较高，在60～90℃下有较好的热熔压敏性，它适用于粘接强度要求较高的情况。WH-906C是高频热合胶，可赋予几乎任意材料以高频热合性能。上述3种型号的产品都已经工业化生产。
3、汽车内饰用水基胶粘剂的发展前景
随着环保法规的健全以及人们环保意识的增强，溶剂型汽车胶粘剂将会逐渐被环保型胶粘剂如水基胶粘剂所取代，尤其是水基汽车内饰胶的推广应用势在必行。随着新型汽车塑料部件的用量增加以及汽车内饰胶的不断水性化，水基胶粘剂在汽车上的用量将会不断增加，西欧、日本等先进的汽车生产国水基聚氨酯胶粘剂每年以8%～10%的速率增长，美国水基胶粘剂占总量的60%，日本的汽车内饰胶几乎全部实现水性化。我国目前已跃居为世界汽车生产大国，仅轿车年产量就超过100万辆，位居世界第11位。汽车内饰胶占到汽车胶总量的20%以上，如果内饰胶全部实现水性化，产量和经济效益将非常可观。