聚氨酯密封膠在建筑中的應(yīng)用

來(lái)源:中國(guó)幕墻網(wǎng)收集整理 　作者:* 　日期:2008-12-16 　頁(yè)面功能 【字體：大 中 小】【打印】【投稿】【評(píng)論】

  摘要:介紹了聚氨酯密封膠在建筑中的應(yīng)用,并簡(jiǎn)要地介紹了配方、原料和工藝。

    關(guān)鍵詞:聚氨酯橡膠;密封;建筑行業(yè)

    中圖分類(lèi)號(hào):TQ33614+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005-4030(2008)05-0054-04

    聚氨酯密封膠是世界上三大彈性密封膠(有機(jī)硅、聚硫、聚氨酯)之一[1],主要用于建筑組成部分或材料之間進(jìn)行密封如嵌縫、混凝土構(gòu)件的聯(lián)接密封、高速公路和機(jī)場(chǎng)、橋梁伸縮縫的嵌填、隧道工程防水材料、雙層玻璃的粘接密封等[2,3]。這些密封材料的使用,不僅解決了建筑物的滲漏問(wèn)題,延長(zhǎng)其使用壽命,而且能提高其絕熱保溫性能,達(dá)到節(jié)能的目的。聚氨酯密封膠以其性能優(yōu)良、用途廣泛、價(jià)格便宜而得到迅速發(fā)展,其價(jià)格只有有機(jī)硅的一半、遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聚硫密封膠。聚氨酯密封膠于上世紀(jì)70年代在美國(guó)市場(chǎng)出現(xiàn),日本于1967年和1970年分別出現(xiàn)雙組分和單組分聚氨酯密封膠,由于性能優(yōu)良,價(jià)格低,在發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)和銷(xiāo)售不斷增加,不到10年時(shí)間,在日本、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家就達(dá)到了年消耗量萬(wàn)噸以上應(yīng)用水平[4],在美國(guó),聚氨酯密封膠在建筑密封膠中已占主導(dǎo)地位。

    1聚氨酯密封膠的特點(diǎn)

    有機(jī)硅密封膠具有彈性復(fù)原率高、收縮小、耐天候老化、耐低溫和耐高溫性能好的優(yōu)點(diǎn),但它本身的強(qiáng)度低,對(duì)粘接材料的粘結(jié)性差,價(jià)格高;聚硫密封膠則具有收縮性小、可以低溫硫化、耐水性好、濕氣滲透性低的優(yōu)點(diǎn),但它有臭味,壓縮變形大,易老化,價(jià)格高,難以滿足建筑工業(yè)的要求。與其他密封膠相比,聚氨酯密封膠具有以下特點(diǎn):強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、絕緣、耐寒,對(duì)一般的建筑材料有較高的粘附性,幾乎可以用于建筑的各個(gè)領(lǐng)域。特別是對(duì)那些膨脹和收縮比較明顯和熱脹冷縮比較大的材料,聚氨酯密封膠的高伸長(zhǎng)率和良好的彈性復(fù)原能力,均可以滿足材料或構(gòu)件的密封要求。而且在高檔密封材料中,聚氨酯密封膠的價(jià)格相對(duì)較低,如在美國(guó),聚氨酯密封膠的價(jià)格比聚硫低70%,比有機(jī)硅低50%,因此聚氨酯密封膠在建筑工業(yè)中的應(yīng)用日益增長(zhǎng)。

    2聚氨酯密封膠的分類(lèi)

    聚氨酯密封膠在密封材料中占有主導(dǎo)地位,其他還有密封帶、密封墊、止水帶等,主要適用于±25%接縫形變位移的密封,屬于密封膠中的高檔產(chǎn)品。聚氨酯密封膠主要有兩種類(lèi)型,即單組分和雙組分。市場(chǎng)上最初出現(xiàn)的是雙組分聚氨酯密封膠。雙組分聚氨酯密封膠具有交聯(lián)速度快、性能好的優(yōu)點(diǎn),但也有其本身的缺點(diǎn),如混合時(shí)要很長(zhǎng)時(shí)間,如果混合時(shí)甲乙組分的比例搞錯(cuò)或攪拌不勻,就會(huì)固化不良,影響其物理機(jī)械性能,縮短使用壽命。雙組分聚氨酯密封膠一般分夏季、冬季施工兩種,因?yàn)榧竟?jié)不同。溫度不同,要調(diào)節(jié)固化劑組分中催化劑的含量,以保證操作的安全性和固化物的質(zhì)量。單組分聚氨酯密封膠由于施工方便,不存在混合問(wèn)題,因此它在聚氨酯密封膠中所占的比例正逐漸上升。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和固化機(jī)理的不同,大體可以分為3種:

    1.溶液型:一般為端羥基聚氨酯彈性體的有機(jī)溶劑膠或水分散液膠,其固化機(jī)理為溶劑或水揮發(fā)。

    2.無(wú)溶劑型:端異氰酸酯聚氨酯預(yù)聚物無(wú)溶劑膠。其固化機(jī)理是預(yù)聚物中活性端異氰酸酯基團(tuán)與空氣中或接觸材質(zhì)中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而得到交聯(lián)。

此類(lèi)膠是上世紀(jì)70年代末、80年代初開(kāi)發(fā)成功、推廣應(yīng)用的,具有無(wú)溶劑、環(huán)保、安全、衛(wèi)生、節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn),滿足世界上對(duì)密封膠普遍的新要求,是當(dāng)前單組分聚氨酯密封膠的代表。
    3.雙組分、單包裝型:系預(yù)聚物和固化劑通過(guò)某種物理化學(xué)方法予以鈍化或封閉活性基團(tuán)后組成的單包裝混合物。其固化機(jī)理是加熱到一定溫度,活性基團(tuán)可以解除鈍化或封閉,恢復(fù)原來(lái)官能團(tuán)的活性,發(fā)生類(lèi)似于雙組分聚氨酯密封膠的擴(kuò)鏈交聯(lián)反應(yīng)而固化,又稱為熱固化型單組分聚氨酯密封膠。

    3聚氨酯密封膠的原料

    聚氨酯密封膠所用的原材料的種類(lèi)和質(zhì)量將影響密封膠的質(zhì)量和性能,常用的原料有以下幾種。

    311低聚物多元醇

    低聚物多元醇在密封膠中提供材料的彈性、柔韌性和耐低溫性能。聚氨酯密封膠常用的低聚

    物多元醇有聚酯、聚醚兩種。聚酯多元醇型密封膠的粘接強(qiáng)度高,初粘力大,力學(xué)性能好。但粘度高,工藝性能差,耐水解性也差。考慮到建筑中使用的聚氨酯密封膠要受到氣候等使用條件的影響,一般要選擇耐水解性能較好的聚醚多元醇,而且聚醚預(yù)聚物粘度低,工藝性能好,密封膠的彈性和耐低溫性能好,價(jià)格低,所以得到廣泛應(yīng)用,其缺點(diǎn)是粘接強(qiáng)度比聚酯型的低。所用的聚醚多元醇多為聚氧化丙烯二醇和三醇混合使用,通過(guò)調(diào)節(jié)二者的比例來(lái)調(diào)節(jié)密封膠的物理機(jī)械性能如彈性、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等。所用的聚丙二醇和三醇的相對(duì)分子質(zhì)量多為2000和3000(官能度,f=2,f=3)。但是如果想要提高密封膠的伸長(zhǎng)率、彈性和柔韌性,也可以使用相對(duì)分子質(zhì)量較高的多元醇如相對(duì)分子質(zhì)量為4000(f=2)和5000～7000(f=3)的多元醇。如果密封膠用于防水堵漏,還可以制成具有遇水膨脹功能的彈性材料,制備時(shí)只需將部分氧化丙烯醚二醇用氧化乙烯醚二醇代替即可,或者兩者的共聚醚,其中氧化乙烯基的含量越高,其遇水膨脹率越高[6]。

    312多異氰酸酯

    聚氨酯密封膠中所用的多異氰酸酯一般為T(mén)DI、MDI、PAPI和改性MDI,對(duì)有防止變色要

    求的可以選用脂肪族或脂環(huán)族多異氰酸酯,但這一類(lèi)多異氰酸酯較貴,反應(yīng)活性低,實(shí)際應(yīng)用不多。TDI常溫下為液體,加料溫度低,反應(yīng)容易控制,用它制得的預(yù)聚體比較穩(wěn)定,但是蒸氣壓大,對(duì)皮膚、呼吸道的刺激較大,因此,目前的TDI型預(yù)聚物的游離-NCO含量多較低,以達(dá)到安全、環(huán)保、衛(wèi)生要求。MDI反應(yīng)活性大,速度快,而且相同游離-NCO含量的情況下,預(yù)聚體的粘度高,穩(wěn)定性差;而且MDI本身的穩(wěn)定性就差,容易生成二聚體或三聚體,加料之前需要對(duì)其進(jìn)行精制,增加了工藝步驟,但由其制得的密封膠的強(qiáng)度較高。

    3.3固化劑

    對(duì)于雙組分聚氨酯密封膠來(lái)說(shuō),乙組分中除了有聚醚多元醇以外,還要有低分子多元醇或多元胺類(lèi)擴(kuò)鏈劑。常用的多元醇有三羥甲基丙烷(TMP),1,4—丁二醇(1,4-BD),多元胺有MO2

    CA或液體MOCA。與多元醇相比,使用多元胺類(lèi)擴(kuò)鏈劑時(shí)固化時(shí)間較短,得到的密封膠硬度、強(qiáng)度、耐熱性均有所提高。

314催化劑

    為提高固化效率或提高密封膠的性能,在固化劑組分中可以添加催化劑。常用的催化劑為辛

    酸鉛、醋酸苯汞、丙酸苯汞、二月桂酸二丁基錫及叔胺類(lèi)的三乙烯二胺等。其中辛酸鉛催化劑具有特殊的功能:可以使預(yù)聚體與固化劑組分混合開(kāi)始時(shí)的粘度增加,但并不影響操作時(shí)間,尤其是組分中有比重較大或顆粒較大的填料時(shí),其作用更為明顯。如果密封膠在垂直面上施工,這種作用更有使用價(jià)值:可以防止密封劑在施工面上流淌,也可以防止填料從預(yù)聚體中沉淀出來(lái),影響密封膠的性能;另外,辛酸鉛對(duì)濕氣不敏感,因此,密封膠中不容易產(chǎn)生氣泡。一般生產(chǎn)中為防止霉變,采用辛酸鉛和醋酸苯汞并用的方法。

    315觸變劑

    密封材料在垂直面施工時(shí),要求密封材料不流淌,不污染其他部位,因此,必須在配方中加入

    觸變劑。常用的觸變劑有二氧化硅(白炭黑)、炭黑、有機(jī)皂土、氫化蓖麻油等。在使用白炭黑作觸變劑時(shí)應(yīng)注意:白炭黑表面有吸水基團(tuán),使用時(shí)要干燥處理;其次,白炭黑質(zhì)輕,需要用特殊的設(shè)備進(jìn)行分散。Kevlor紙漿是一種纖維狀填料,有特殊的增強(qiáng)性質(zhì)、優(yōu)異的耐熱、耐化學(xué)介質(zhì)性,可以取代有致癌作用的石棉。實(shí)驗(yàn)表明,在價(jià)格相同的條件下,加入1.5%Kevlor的密封劑的觸變性優(yōu)于加入4.9%白炭黑的觸變性。一般加入白炭黑后,材料的性能會(huì)有某種程度的下降,所以應(yīng)控制其加入量,而加入一種觸變添加劑如二甲基亞砜、二乙基亞砜或酰胺類(lèi)化合物,使白炭黑能在用量減少的情況下起到觸變劑的作用。

    316填料

    為了降低成本,常在聚氨酯密封膠中加入一定量的填料,常用的填料有滑石粉、碳酸鈣、鈦白

    粉、白土、陶土、炭黑等。最常用的是輕質(zhì)碳酸鈣,用量一般在30～70份之間。炭黑也是一種常用填料,兼具著色、抗紫外線、增強(qiáng)、觸變作用。

    317其他

    單組分濕固化聚氨酯密封膠中用的其他原料還有為調(diào)節(jié)粘度而加入的稀釋劑、增稠劑、消泡

    劑、穩(wěn)定劑和顏料等。

    4聚氨酯密封膠的生產(chǎn)

    411雙組分密封膠

    雙組密封膠是由甲乙兩個(gè)組分組成的。其中甲組分主要是多元醇與多異氰酸酯的加成反應(yīng)

    物,稱之為預(yù)聚體;乙組分是由多元醇、固化劑、催化劑、各種添加劑組成的,稱之為固化劑。甲組分生產(chǎn)時(shí),先將多元醇組分在反應(yīng)釜中于100～120℃真空脫水脫氣,然后降溫至50～80℃,加入計(jì)量的多異氰酸酯,80℃保溫反應(yīng)1～2h,真空脫氣泡,得預(yù)聚體組分,密閉保存?zhèn)溆�。乙組分生產(chǎn)時(shí),即將固化劑組分所含的各種原料在反應(yīng)釜中于100～120℃真空脫水脫氣,密閉保存?zhèn)溆?得乙組分。使用時(shí),將兩組分按照適當(dāng)?shù)腘H2(OH)/NCO摩爾比攪拌均勻即可施工。

    412單組分濕固化密封膠

    單組分濕固化聚氨酯密封膠只有一個(gè)組分即預(yù)聚體組分,其生產(chǎn)方法如下:將多元醇、填料、觸變劑、其他添加劑等原料在反應(yīng)釜中于100～120℃真空脫水脫氣,然后降溫至50～80℃,加入計(jì)量的多異氰酸酯,80℃保溫反應(yīng)1～2h,加入適量的催化劑,真空脫氣泡,得預(yù)聚體組分,密閉保存?zhèn)溆谩?br>
使用時(shí),只需將密封膠涂到所需部位即可。
    5存在的問(wèn)題及解決方法

    濕固化單組分聚氨酯密封膠近年來(lái)有了很大發(fā)展,已經(jīng)成為量大面廣的通用膠種。在建筑業(yè)

    中主要用于輕質(zhì)蒸壓混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土板接縫密封、地板縫、屋頂裂縫密封、防水層的粘接、雙層玻璃粘接密封等。這種密封劑有其自身的不足之處,主要缺點(diǎn)是固化速度慢,室溫下一般要幾天甚至幾周才能完全固化,因此效率較低,限制了其在高速、自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用;此外固化時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w容易形成微小氣泡滯留在粘接接縫中造成強(qiáng)度下降;粘接強(qiáng)度低,粘接玻璃、金屬材料時(shí)需要涂底膠,而且如果空氣或容器中有濕氣或密閉不嚴(yán),容易產(chǎn)生凝膠,影響貯存安全性。國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究,提出了一些解決辦法。

    511提高固化速度

    濕固化單組分聚氨酯密封膠是通過(guò)與空氣中或被密封材料中的水發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化。因此

    只要加速該反應(yīng)速度,即可提高固化速度。常用的方法是提高反應(yīng)溫度、改變反應(yīng)基團(tuán)活性及加入催化劑等。但提高溫度對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工通常不是很方便,因此較多使用后兩種方法。如日本的東洋公司[8]采用聚合物多元醇和脂環(huán)系多異氰酸酯制得的端異氰酸酯基預(yù)聚物為主要成分的濕固化單組分聚氨酯密封膠固化快且不變黃;西德的Schering公司[9]提出用硅氧烷改性的端異氰酸酯預(yù)聚物不僅固化速度快,而且粘接性能和固化性能也好。在濕固化單組分聚氨酯密封膠中加入胺類(lèi)或金屬有機(jī)催化劑可以加快固化速度,但是,少量的催化劑同大量的主體組分很難混合均勻,西德的Beiersdorf[10]公司采用惰性溶劑如聚乙烯基乙基醚、聚己二酸聚酯稀釋催化劑,達(dá)到混合均勻而且固化速度快的目的。美國(guó)的3M公司[11]采用伯羥基含量高的多元醇與MDI反應(yīng)制得的端異氰酸酯預(yù)聚物與雙胺醚催化劑連用,可獲得固化速度很快的單組分濕固化聚氨酯密封膠。

    512提高初粘性和粘接強(qiáng)度

    對(duì)于不同配方體系的單組分濕固化聚氨酯密封膠,可以采取不同的方法。如對(duì)蓖麻油酸酯型端異氰酸酯預(yù)聚物膠粘劑,加入氯化橡膠以后可以明顯的提高其初粘性[12],初粘性的提高可以有效地克服粘接材料粘接初期的滑移、褶皺及難以定位等問(wèn)題。在聚酯型端異氰酸酯預(yù)聚物膠粘劑中加入酮二胺縮合物可以有效地提高初粘性和最終粘接強(qiáng)度[13]。據(jù)說(shuō)此類(lèi)膠的粘接強(qiáng)度高是為水分與酮二胺的縮合物作用分解出二胺,二胺與端NCO基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)而固化,所以交聯(lián)速度快,而且沒(méi)有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生,所以粘接強(qiáng)度比一般的濕固化聚氨酯密封膠要高。

    513提高貯存安全性

    提高濕固化聚氨酯密封膠安全性的方法是盡量消除體系中的水分和與水分接觸的機(jī)會(huì),因此原料一般要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的脫水干燥等物理處理方法。在日本,有人提出了用化學(xué)方法進(jìn)行處理[14],如TDI系端異氰酸酯預(yù)聚物和二氧化硅填料體系中,加入略多于填料所含水分所需消耗MDI(1.1倍),于50～60℃反應(yīng),由于水分與MDI的反應(yīng)速度大于與NCO的反應(yīng)速度,所以預(yù)聚體中NCO基含量基本不變。反應(yīng)結(jié)束后,體系中剩余少量MDI,再加入一定量單官能度醇使之與剩余的MDI基團(tuán)基本上等當(dāng)量作用。

用該方法制得的濕固化聚氨酯密封膠不僅貯存安全性好,而且由于加入的單官能度醇與MDI的反應(yīng)產(chǎn)物與二氧化硅粉末表面的復(fù)雜作用,還可以增加二氧化硅的觸變作用。另外,德國(guó)的BASF公司提出[15],如果在端異氰酸酯預(yù)聚物中加入少量的二醛亞胺和酸類(lèi)催化劑,可以將貯存安全性提高到1年以上。
    514消除氣泡

    單組分濕固化聚氨酯密封膠中因?yàn)樗�分與NCO的反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳是難免的,消除氣泡的有效方法是在其中加入有機(jī)堿或堿性填料來(lái)吸收固化過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳。常用的有機(jī)堿有DBU(1,8-二氮雜雙環(huán)[5,4,0]十一烯-7)有機(jī)堿,它同時(shí)可以作固化的催化劑。堿性填料最常用的是微細(xì)粉狀的氧化鈣。

    6結(jié)束語(yǔ)

    我國(guó)對(duì)聚氨酯密封膠的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用起步晚,國(guó)內(nèi)的研制單位主要有上海隧道工程公司

    防水材料廠、北京建筑工程研究所、河南省建筑科學(xué)研究所等單位。其產(chǎn)品已經(jīng)用于北京機(jī)場(chǎng)、歷史博物館、哈爾濱機(jī)場(chǎng)、上海黃浦江地下隧道等工程,并取得一定效果。鑒于我國(guó)潛在的應(yīng)用市場(chǎng)非常廣闊,尤其是在建筑、汽車(chē)行業(yè),應(yīng)該大力開(kāi)發(fā)、推廣此類(lèi)材料,尤其是無(wú)溶劑、單組分、成本低、性能好的密封膠,使這類(lèi)在國(guó)外已經(jīng)成為通用的、性能日趨完善的材料在我國(guó)也得到迅速發(fā)展。

    參考文獻(xiàn):

    [1]屈增祿,孫守信.單組分聚氨酯密封膠研制[J].黎明化工,1992(1):30-32.

    [2]李谷云.建筑工程材料,1985,2:39.

    [3]喬建華,喬秀平.聚氨酯高效填縫劑及其工程應(yīng)用[J].建材技術(shù)及應(yīng)用,2001,(2):36-37.

    [4]翁漢元.濕固化單組分聚氨酯膠粘劑和密封劑[J].黎明化工,1987,4.

    [5]正桐片武.高分子加工(日)[M].1984,33(7):35-45.

    [6]AdhensiveAge,V28,N3:6(1985).

    [7]趙菲,楊相璽,等.聚氨酯型遇水膨脹彈性材料的研制[J].特種橡膠制品,2001,(1):19-21.

    [8]日本公開(kāi)特許,昭57-49777(1982).

    [9]DE3426987(1984).

    [10]DE3145991(1983).

    [11]EP0103453(1984).

    [12]DE2948670(1980).

    [13]日本公開(kāi)特許,昭55-56172(1980).

    [14]日本公開(kāi)特許,昭58-125799(1983).

    [15]US4469831[P].(1984).

下一篇：【招聘】浙江華成有機(jī)硅材料有限公司招聘技術(shù)服務(wù)主管

更多相關(guān)新聞