中空玻璃用單組分聚氨酯密封膠的制備及應用

陳 淼，張 勇，陸瑜 ，劉亞瓊，李 瑤

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

中空玻璃用單組分聚氨酯密封膠的制備及應用

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

以4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）和聚醚多元醇制備了單組分聚氨酯預聚體。按照配方量將預聚體、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑和催化劑等物質(zhì)混合，經(jīng)真空攪拌得到單組分聚氨酯密封膠。單組分聚氨酯密封膠與第1道密封材料（丁基密封膠）的相容性良好。用該密封膠與底涂劑配套使用時，對玻璃和鋁具有良好的粘接效果。

中空玻璃；單組分；聚氨酯；密封膠

中空玻璃是2層或多層玻璃，以內(nèi)部充滿高效分子篩吸附劑的方法將鋁框間的有效支撐均勻隔開[1]，是周邊被粘接或焊接密封，玻璃層間填充干燥氣體或惰性氣體的玻璃制品，其具有隔熱保溫、隔音降噪、節(jié)能、降低結(jié)點和露點等優(yōu)良性能[2，3]，因此，中空玻璃的應用越來越廣泛，其質(zhì)量問題也備受關注。

目前，我國中空玻璃存在的問題主要是壽命較短、質(zhì)量沒有保證，在經(jīng)過長時間使用后，內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露、結(jié)霜和進水等現(xiàn)象，即使玻璃沒有破碎，但失去了其應有的作用[4]。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是中空玻璃密封膠失效。

對于中空玻璃的密封，多數(shù)廠家采用二道密封法。第1道密封膠主要使用具有低水蒸氣滲透率的丁基膠，這主要起阻斷外界水氣的作用[5]；第2道密封主要使用聚硫密封膠、聚氨酯密封膠和有機硅密封膠，這主要起結(jié)構性粘接的作用，即在外界環(huán)境發(fā)生變化（如高濕度和紫外線照射下）時，仍能保持中空玻璃的結(jié)構整體性和功效不被破壞。聚硫膠在使用過程中有刺激性臭味，污染環(huán)境且有損身體健康；硅酮膠雖然粘接性能較好，耐熱和耐候性優(yōu)良，但缺點是強度不足，無法長時間承受外界壓力且蒸汽滲透率較高，易起霧，造成中空玻璃的失效[6，7]。

聚氨酯密封膠是指在分子中含有氨基甲酸酯基團的密封膠[8]，這種密封膠具有強度較高、抗撕裂、對基材不污染、耐磨抗穿刺及蒸汽透過率較低等優(yōu)點，已在中空玻璃的應用中脫穎而出并大量使用[9]。聚氨酯密封膠根據(jù)使用方式分為雙組分聚氨酯密封膠和單組分聚氨酯密封膠，其中雙組分聚氨酯密封膠在使用時可根據(jù)要求調(diào)節(jié)混膠比例，以獲得合適性能，且固化速率較快；單組分聚氨酯密封膠具有包裝成本較低、施工方便等特點[10，11]。

相比于硅酮膠和聚硫膠，單組分聚氨酯密封膠具有優(yōu)良的低溫柔軟性、良好抗疲勞復原性，更適合用在動態(tài)接縫中。隨著我國高鐵的提速，單組分聚氨酯密封膠的高強度特點可使高鐵的中空玻璃抵抗更大的風壓變形，而且單組分聚氨酯密封膠不含溶劑，滿足環(huán)保要求，是較為理想的中空玻璃密封材料。

1 實驗部分

1.1 原料

4，4′-二 苯 基 甲 烷 二 異 氰 酸 酯（MDI），工業(yè)級，煙臺萬華公司；聚醚多元醇330 N（Mn為4 800±100，羥 值 為33～37 mgKOH/g），山東藍星東大化工有限責任公司；聚醚多元醇MN1000（Mn為1 000±100，羥值為163～173 mgKOH/g），山東藍星東大化工有限責任公司；鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），工業(yè)級，山東齊魯增塑劑股份有限公司；γ-（2,3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（A-187），分析純，南京全?；び邢薰?；二丁基二氯化錫，分析純，海門久生化工有限公司；炭黑，工業(yè)級，天津?qū)汃Y化工科技有限公司；納米級碳酸鈣，工業(yè)級，諾蘭新材料科技有限公司。

1.2 儀器及設備

MSG-LP2型雙行星攪拌釜，上海銘施機電設備有限公司；CMT6000 型萬能拉力機，SANS 公司；WC-H-544W型恒溫恒濕試驗箱，東莞市煒晨儀器設備有限公司。

1.3 單組分聚氨酯密封膠的制備

按配比將聚醚多元醇加入到干燥的四口燒瓶中，在-0.1 MPa、100 ℃下機械攪拌2 h并進行真空脫水；調(diào)節(jié)溫度至70～75 ℃，再放入一定量的MDI和催化劑，反應一段時間后，得到單組分聚氨酯預聚體，密封保存。

將一定配比的單組分聚氨酯預聚體、DOP混合均勻后，加入炭黑、納米級碳酸鈣和A-187等，在真空條件下攪拌2 h，得到黑色均質(zhì)膏狀的單組分聚氨酯密封膠，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 性能測試

（1）相容性：按照GB 16776—2005標準[12]進行測試。

（2）剪切強度：按照GB/T 7124—2008標準[13]，采用萬能拉力機進行測試。

（3）老化性能：按照HG/T 4363—2010標準[14]進 行 測 試 。

2 結(jié)果與討論

2.1 相容性

在標準條件下養(yǎng)護7 d后，觀察聚氨酯膠的固化情況，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以觀察到，樣件經(jīng)紫外老化后，使用工具刀在聚氨酯膠與基材粘接處切開，并扯拉聚氨酯膠使之剝離，結(jié)果如圖2所示。

圖1 標準條件下相容性實驗結(jié)果Fig.1 Result of compatibility test under standard condition

圖2 紫外老化對相容性實驗的影響Fig.2 Effect of ultraviolet aging on compatibility test

由圖1和圖2可知：在標準條件下養(yǎng)護后，聚氨酯密封膠完全固化，且丁基密封膠也未出現(xiàn)流淌現(xiàn)象；經(jīng)紫外老化后，丁基密封膠仍未出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，且聚氨酯密封膠為100%內(nèi)聚破壞，與基材粘接良好，說明2種密封膠同時使用時互不影響，相容性良好。

2.2 粘接及老化

在標況和不同老化條件下的實驗結(jié)果如表1所示。

表1 粘接及老化實驗結(jié)果Tab.1 Results of bonding and aging tests

由表1可知：除高溫高濕條件下，剪切強度均出現(xiàn)下降趨勢，破壞形式除了使用70℃、95%相對濕度、300 h的試樣為90%內(nèi)聚破壞外，其余條件均為100%內(nèi)聚破壞，且剪切強度除了70 ℃、95%相對濕度、300 h的試樣，一般均在3.5 MPa以上。經(jīng)過90 ℃/300 h和120 ℃/3 h老化后，強度反而增大，這是因為在高溫狀態(tài)下，密封膠中游離的—NCO基團與氨基甲酸酯鍵發(fā)生反應生成脲基甲酸酯，甚至與所得脲基甲酸酯繼續(xù)反應生成縮二脲，這在一定程度上增加了交聯(lián)度，提高了 剪 切 強 度[15]。

2.3 底涂劑使用方式對粘接性能的影響

在實際使用時，由于制備中空玻璃的流程較快，在基材施用底涂劑后的停留時間不允許太長，因此考查了底涂劑使用方式對粘接性能的影響。將活化劑涂于鋁和玻璃基材后，靜置2 min或5 min，然后涂底漆，又設定靜置時間為2 min、5 min和10 min，最后使用單組分聚氨酯膠制備剪切試片，粘接面積為12.5 mm×25 mm，膠層厚度為6 mm。將該試片在標準條件下養(yǎng)護7 d后測定剪切強度，結(jié)果如表2所示。

由表22可知：當涂活化劑后，靜置時間不變，適當延長涂底漆后的靜置時間，剪切強度會出現(xiàn)增大現(xiàn)象，但增幅不大。各種靜置時間下的使用方式，對破壞形式的影響均為內(nèi)聚破壞。因此，在實際使用過程中，可選擇涂活化劑后靜置2 min，然后涂底漆，靜置2 min后即可打膠，這能大大縮短等待時間，提高施工效率。

表2 底涂劑使用方式對粘接性能的影響Tab.2 Effect of using way of primer on bonding performance

3 結(jié)論

以 4，4′-二 苯 基 甲 烷 二 異 氰 酸 酯（MDI）和聚醚多元醇制備了單組分聚氨酯密封膠。在該單組分聚氨酯密封膠與丁基密封膠共同使用時，2者均能正常固化，說明相容性良好；該單組分聚氨酯密封膠與底涂劑配套使用時，在標況下或經(jīng)過40 ℃浸水/72 h、[70 ℃，95（RH）%]/300 h、90 ℃/300 h和120 ℃/3 h等條件老化后，粘接性能均良好，剪切強度約為3.5 MPa左右；考查了底涂劑使用方式對粘接性能的影響，發(fā)現(xiàn)該單組分聚氨酯密封膠可在較短的底涂劑停留時間內(nèi)施工。

本研究制備的單組分聚氨酯密封膠具有無溶劑、安全環(huán)保、高強度、耐老化、施工效率較高且與中空玻璃第1道密封材料相容性良好等優(yōu)點，可替代硅酮和聚硫密封膠用在中空玻璃的生產(chǎn)中，尤其是在高速發(fā)展的軌道交通中具有良好的應用前景。

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[12]GB16776—2005 建筑用硅酮結(jié)構密封膠[S].

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Abstract：The one-component prepolymer was prepared with diphenylmethane-4,4’-diisocyanate(MDI) and polyether polyol as the main raw matrerials in this paper. The prepolymer, fillers, plasticizer, coupling agent and catalyst were mixed according to the formulation, followed by stirring under the vacuum condition to obtain the polyurethane sealant. The polyurethane sealant exhibits good compatibility with the primary sealing material of butyl sealant. The cooperative use of the polyurethane sealant and the primer has favorable bonding performance to aluminum and glass.

Key words：insulating glass; one-component; polyurethane (PU); sealant

Preparation and application of one-component polyurethane sealant in insulating glass

CHEN Miao, ZHANG Yong, LU Yu-chong, LIU Ya-qiong, LI Yao
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450001, China)

TQ436+.6 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2017）08-0061-04

2017-02-08

陳淼（1988-），男，碩士，主要從事有機合成和高分子材料的研究。E-mail：cmzzu@sina.com。

李瑤（1977-），女，碩士，主要從事有機合成和高分子材料的研究。E-mail：lyzzu1996@163.com。