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1、聚氨酯密封胶解析1.概述密封胶是用来填充空隙(孔洞、接头、接缝等)的材料。无定形密封胶是密封材料的主体，种类有有机硅(包括改性有机硅)类、聚氨酯类、聚硫橡胶类、丙烯酸酯类、SBR橡胶类、丁基橡胶类、沥青、油性嵌缝胶类等，最早使用的密封胶有沥青类、油性嵌缝胶等。而用于填充须经受震动或热涨冷缩等所致具有伸缩性的间隙，则必须采用弹性密封胶。30多年来，弹性密封胶在建筑、土木、汽车、船舶、电气通讯等许多工业、民用领域中的应用越来越广泛，其中建筑用密封胶需求量最大。弹性密封胶是将粘接和密封两种功能集于一身的产品。其中性能较好的三类高档弹性密封胶分别是有机硅密封胶、聚硫密封胶和聚氨酯密封胶。表1列出几种弹
2、性密封胶的性能。表2为弹性密封胶所要求的性能项目。表1 几种弹性密封胶的种类与特性 特性种类硅 氧 烷改性硅氧烷聚 硫聚 氨 酯单组分双组分 单组分双组分基础聚合物端烷氧基 (端烷酰基)聚有机硅氧烷 端烷氧基硅烷基聚醚端-SH 液态聚硫橡胶 端-NCO基PU预聚体端-NCO预聚体；聚醚 固化后键特征硅氧键醚键/硅氧键双硫键氨酯键/脲键氨酯键等固化前性质贮存稳定性低温操作性固化时依动性- - - - - 固化后性能填隙后收缩率粘接性(底涂)耐候性长期使用温度，t复原性耐油性 允许收缩率，小-40-150 15-20 25小-30-90 - 20小-20-8015小-40-90 -15-20小-4
3、0-90 -15-20优良，中。表2 密封胶所要求的性能 按时间划分性 能 按时间划分性 能施工前贮存稳定性低温贮存稳定性(不冻结)固化后共有性能 耐候性耐臭氧性施工中混合性(对双组分而言)可使用时间(即适用期)操作性挤出性 不下垂性耐药品性、耐水性耐热、耐寒性 拉伸粘接性能加热失重(与固含量有关)可被涂布性 固化中 不粘时间(表干时间)固化性(固化中依动性)初期耐水性颜色与基材相近、色差小不侵入被粘面对人畜无毒 固化后固化后的依动性对底涂剂适应性广表3 美国1995年部分密封胶的产量 密封胶名称性能评价产量，kt 销售额，M有机硅高20.4122聚氨酯高20.466聚硫高18.165丙烯酸丁
4、酯中17.248丁基胶 中20.051醋酸乙烯酯中15.917油性密封胶 低18.118沥青基密封胶低33.129表3可看出，美国1985年聚氨酯密封胶的产量与有机硅密封胶相当。90年代其聚氨酯密封胶产量已超过了有机硅，1990年聚别为15kt和19kt，而1995年欧洲聚氨酯密封胶产量达10.8万t。聚氨酯密封胶之所以发展快，需求大，是因为它具有优良的性能。聚氨酯密封胶的特点有：(1)优良的耐磨性；(2)低温柔软性；(3)性能可调节范围广；(4)机械强度大；(5)粘接性好； (6)弹性好，具有优良复原性，可适合于动态接缝； (7)耐候性好，使用寿命可长达15-20年；(8)耐油性优良；(9)
5、耐生物老化；(10)价格适中。当然，聚氨酯密封胶也有一些缺点。如：不能长期耐热；浅色配方易受紫外光老化；单组分胶贮存稳定性受包装及外界影响较大、通常固化较慢；高湿热环境下固化可能产生气泡和裂纹；许多场合需底涂剂。聚氨酯密封胶一般分为单组分和双组分两种基本类型，单组分为湿气固化型，双组分为反应固化型。单组分密封胶施工方便，但固化较慢；双组分有固化快、性能好的特点，但使用时需配制，工艺复杂一些。两者各有其发展前途。按是否有流动性，聚氨酯密封胶可分为不垂挂型(non-sagging)和自流乎型(self-leveling)。不垂挂型用于垂直面、倾斜面、天花板等场合，固化之前不会由于胶条自重而发生偏移
6、、滑动或流动；而自流平型专门用于水平场合。按使用后的性状还可分为不干型、半干型和全固化弹性体型。大多数单、双组分聚氨酯密封胶产品的技术指标见表6。表6 常见聚氨酯密封胶的性能指标项目 技术指标项 目 技术指标固化前的性能固含量，密度，gcm-1挤出性(20)，s下垂度(50)，mm不粘时间，h固化速率，mm.d-1贮存期，d适用期(20)，h90以上1.21.6415 03 0.210 28180110 50模量，MPa拉伸粘接强度，MPa伸长率，撕裂强度，Nm-1邵氏A硬度固化收缩率 长期使用温度，耐候性耐疲劳性 0. 1-0.60.6-8300-90060-28020-60 小-40-90
7、优良优良 固化后的性能复原性优良挤出性为JIS A5758标准，即以0.1MPa挤压力，从口径13.5mm、容积约207ml的弹筒状PE材质胶管中挤出全部密封胶所需的时间，一般5时挤出性不超过20s。该值是衡量作业性的一个指标。指双组分聚氨酯密封胶配胶后的可使用时间。聚氨酯密封胶的主要用途是土木建筑业、交通运输业等。如在日本，约75-80的聚氨酯密封胶用于建筑，15用于汽车、机械制造等，5用于土木及其他用途。在建筑方面的具体应用有：混凝土预制件等建材的连接及施工缝的填充密封，门窗的木框四周及墙的混凝土之间的密封嵌缝，建筑物上轻质结构(如幕墙)的粘贴嵌缝，阳台、游泳池、浴室等设施的防水嵌缝，空调
8、及其他体系连接处的密封，隔热双层玻璃、隔热窗框的密封等。聚氨酯密封胶在汽车方面的应用有：车窗(主要是风挡玻璃)的装配密封，车身与其他部件的装配等。在土木方面，聚氨酯密封胶用于高等级道路、桥梁、飞机跑道等有伸缩性的接缝的嵌缝密封，及混凝土、陶质、PVC等材质下水道、地下煤气管道、电线电路管道等管道接头处的连接密封，地铁隧道及其他地下隧道连接处的密封等。聚氨酯密封胶还可用于电缆(如地下电缆)的柔性接头、电子元器件的灌封，以防尘抗震；用于隔热体系如冷藏车、冷库保温层及低温容器的粘接密封等等。聚氨酯密封胶的发展迄今已有30多年的历史。50年代后期已有人开展聚氨酯密封胶的研究，60年代后期日本和美国已有
9、几个品种的聚氨酯密封胶实现了工业化生产。例如，聚氨酯密封胶工业发达的日本，分别于1967年、1970年开始将单、双组分聚氨酯密封胶工业化，20多年来，聚氨酯密封胶已取代了用量最大的聚硫密封胶的位置，主要用于建筑等领域。日本于1N9年制订了包含聚氨酯密封胶在内的建筑用密封胶标准)赐A 5758，并于1986年、192年两次修订。据1988年“粘合剂时代指南”统计，美国和加拿大有100多个聚氨酯密封胶的生产厂家。日本有43家密封胶生产厂、72个牌号的聚氨酯密封胶产品。德国、瑞士等欧洲国家也有不少生产厂家。我国的密封胶工业起步较晚，1986年密封胶总产量为29万吨，其中大部分为沥青等低档产品。有机硅
10、、聚硫、聚氨酯等高档密封胶基本上是近10年内才开始研制、引进和生产的。我国开发聚氨酯密封胶始于70年代，1975年北京建筑工程研究所研制出焦油型(黑色)聚氨酯密封膏、彩色聚氨酯密封胶，1983年河南建材研究设计院研制出双组分浅色聚氨酯密封胶，并经“六五”攻关，建成200t/a生产线；“七五”期间沙市建材厂从国外引进设备生产聚氨酯密封胶，1987年形成700t/a生产能力。这些密封胶以双组分焦油型为主，因焦油型密封胶及防水材料价格低、性能适中。全国年生产能力约数千吨。已用于不少重点建筑工程如毛主席纪念堂、亚运村。单组分聚氨酯密封胶研究和开发较迟，这是由于单组分密封胶技术难度较高，故大多数汽车生产
11、线所需的风挡玻璃用单组分聚氨酯密封胶依靠进口。80年代末90年代初，黎明化工研究院经“七五”攻关，研制出聚氨酯密封胶。山东化工厂从西欧引进了2000t/a聚氨酯、有机硅、丙烯酸系列密封胶生产线，其中单组分聚氨酯密封胶AM系列已于1995年投产，据称是国内同类密封胶生产规模最大、档次最高的。目前全国已有10多个厂、院(所)研制、生产聚氨酯密封材料。虽然在三大密封胶中，相对而言聚氨酯密封胶的价格较低，约为有机硅密封胶的一半或稍多，但与低档密封胶相比，价格还不算低，因为我国国民生活水平与发达国家相比差距还较大，工业水平也不很高，也许短期内高档密封材料还不可能像美、日、欧那样普遍使用。但我国工业发展较
12、快，对聚氨酯密封胶的需求将越来越大，目前我国聚氨酯密封胶的消耗量与发达国家还差得很远，故应进一步加强对聚氨酯密封胶的研制，努力提高质量，开发适用新品种，积极推广应用。聚氨酯密封胶的原料质量及其使用目的见表7。聚氨酯密封胶的主成分为聚氨酯预聚物，其原料为活性氢化合物及异氰酸酯化合物。填料、增塑剂及触变剂等添加剂必须是对异氰酸酯非反应性的。表7 聚氨酯密封胶配方成分种 类原 料(举 例)使 用 目 的聚氨酯预聚体 聚醚多元醇及二异氰酸酯(TDI及MDI等)单组分胶的基础预聚物；双组分胶的主剂活性氢化合物多元醇、芳族多元胺等双组分胶的固化剂填料、体质颜料CaCQ3、TiQ2、粘土、滑石粉、炭黑、Si
13、O2、PVC糊等增量、补强、增稠、调色(其他)颜料氧化铁。锌钡白、氧化锑，硫化锑、酞菁绿等 使胶与基材同色增塑剂邻苯二甲酸酯类氯化石蜡降低粘度，改善作业性及物性溶剂甲苯，二甲苯凋整粘度催化剂二月桂酸二丁基锡、辛酸铅、辛酸亚锡、叔胺类 加快预聚体制备反应；促进固化 触变剂气相SiO2、表面处理CaCQ3 防止胶条坍落(抗下垂)稳定剂抗氧剂、UV吸收剂等抗老化，提高耐候性发泡抑制剂 分子筛、无水石膏、CaO等吸收原料水分及所产生的CQ密封胶配方成分1.聚氨酯预聚体单组分湿固化聚氨酯密封胶是由端NCO基预聚体及填料、添加剂组成，其组成比例大致如下：预聚体 35-65 触变剂 05 填料及颜料 20-40 催化剂 005增塑剂 525 稳定剂 005 溶剂 010 其他 05双组分聚氨酯密封胶由主剂和固化剂两个组分组成。其中主剂一般为端NCO基预聚体，固化剂一般由聚醚多元醇等活性氢化合物、填料、触变剂等添加剂组成，其组成比例大致为：聚醚多元醇 1520 增塑剂 015
