中空玻璃用雙組份聚氨酯密封膠的研究

孫 輝 周朝棟 等

中空玻璃是一種用兩片（或三片）玻璃，使用高強(qiáng)度高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將玻璃片與鋁合金框架粘結(jié)，具有良好的隔熱、隔音、美觀的新型建筑材料。中空玻璃單元通常采用雙道密封膠，即使用聚異丁烯膠作第1 道密封，有機(jī)硅膠、聚硫膠或者聚氨酯膠作為第二道密封。本文以端羥基液體聚丁二烯、粗MDI 為主要原料，復(fù)配制備中空玻璃用雙組份聚氨酯密封膠，并研究了填料、增塑劑、擴(kuò)鏈劑、粘接促進(jìn)劑及催化劑對(duì)密封膠性能的影響。
實(shí)驗(yàn)原料： 端羥基液體聚丁二烯，Poly bd? R45V，克雷威利（廣州）化工有限公司；粗MDI， WANNATE?PM-200，萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司； 納米碳酸鈣，WINNOFIL?SPM，SOLVAY； 重質(zhì)碳酸鈣，OMY-2，歐米亞（上海）投資有限公司；增塑劑，DIDP，埃克森美孚化工；擴(kuò)鏈劑，1，4- 丁二醇
（1，4-BDO），上海梯希愛(ài)；粘接促進(jìn)劑，Silquest? A-187，邁圖高新材料（中國(guó)）有限公司；催化劑， ZJPC-0225，自制。
（1）NCO/OH 比例對(duì)中空玻璃密封膠性能的影響：通常來(lái)說(shuō)，NCO/OH 的比例越接近1，密封膠越接近于凝膠點(diǎn)，其反應(yīng)交聯(lián)速度也越快，但過(guò)快的交聯(lián)速度會(huì)影響聚氨酯密封膠的可操作時(shí)間。因此選取合適的NCO/OH 比例對(duì)于雙組份聚氨酯中空玻璃膠來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，選取不同NCO/OH 比例對(duì)雙組份聚氨酯中空玻璃密封膠的性能進(jìn)行了考察， 結(jié)果如表1 和圖1 所示。

表1 NCO/OH 比例對(duì)中空玻璃密封膠性能的影響
實(shí)驗(yàn)方案 EXP.1 EXP.2 EXP.3 EXP.4 EXP.5 EXP.6

A 組分 R45V 25 25 25 25 25 25
1，4-BDO 0 0 0 0 0 0
DIDP 25 25 25 25 25 25
SPM 25 25 25 25 25 25
OMY-2 25 25 25 25 25 25
ZIPC-0225 0.12 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

B 組分 PM-200 40 45 50 55 60 65
DIDP 50 45 40 35 30 25
A-187 10 10 10 10 10 10

A、B 組分按比例混合后 NCO/OH 比例 1.04 1.19 1.34 1.49 1.64 1.80
適用期/min 6 13 21 27 28 30
表干時(shí)間/min 46 57 73 76 84 83
拉伸強(qiáng)度/MPa N.D. N.D. 0.9 0.9 1.0 1.2
斷裂伸長(zhǎng)率/% N.D. N.D. 83 75 72 73

EXP.1 EXP.2 EXP.3 EXP.4 EXP.5 EXP.6

圖1 固化膠條割開(kāi)后的情況

從表1 結(jié)果可以看出，當(dāng)NCO/OH 比例在1.19以下時(shí)，雙組份聚氨酯膠樣品的適用期過(guò)短；當(dāng)

NCO/OH 比例在1.34 以上時(shí)，雙組份聚氨酯膠樣品的可操作時(shí)間才能滿足施工需求，而當(dāng)NCO/OH 比例達(dá)到1.80 的時(shí)候，固化的膠條中出現(xiàn)了一定的鼓泡見(jiàn)圖1。因此，NCO/OH 的比例在1.34~1.64 是比較合適的?？紤]到A、B 組分實(shí)際施工過(guò)程中的配比誤差，選擇NCO/OH 比例為1.5 左右是更合適的。
（2）擴(kuò)鏈劑含量對(duì)中空玻璃密封膠力學(xué)性能的影響：在聚氨酯膠的配方中，經(jīng)常會(huì)加入一些含活潑氫的化合物與異氰酸酯端基預(yù)聚物反應(yīng)，從而使得分子鏈擴(kuò)散延長(zhǎng)，提高聚氨酯膠的初固強(qiáng)度。研究了1，4-BDO 對(duì)雙組份聚氨酯中空玻璃膠的性能的影響，結(jié)果如表2 所示。

表2 擴(kuò)鏈劑含量對(duì)中空玻璃密封膠各項(xiàng)性能的影響
實(shí)驗(yàn)方案 EXP.4 EXP.7 EXP.8 EXP.9 EXP.10

A 組分 R45V 25 23.7 22.4 21.1 19.8
1，4-BDO 0 0.05 0.10 0.15 0.20
DIDP 25 26.3 27.6 28.8 30
SPM 25 25 25 25 25
OMY-2 25 25 25 25 25
ZIPC-0225 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

B 組分 PM-200 55 55 55 55 55
DIDP 35 35 35 35 35
A-187 10 10 10 10 10

A、B 組分按比例混合后 適用期/min 27 24 22 17 12
表干時(shí)間/min 76 73 64 53 47
拉伸強(qiáng)度/MPa 0.9 1.0 1.1 1.3 1.6
斷裂伸長(zhǎng)率/% 75 73 65 56 40

從表2 可以看出，少量1，4-BDO 的加入可以降低R45V 的使用量，提高密封膠的拉伸強(qiáng)度、降低密封膠的表干時(shí)間，但同時(shí)會(huì)降低密封膠的可操作時(shí)間、斷裂伸長(zhǎng)率。因此，本文中更合適的1， 4-BDO 擴(kuò)鏈劑的比例是0.10%。
（3）納米碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣比例對(duì)密封膠性能的影：納米碳酸鈣主要用于提高產(chǎn)品的觸變性、強(qiáng)度以及韌性，但是增稠明顯，因此在產(chǎn)品中只能部分添加；而重質(zhì)碳酸鈣則主要用于補(bǔ)強(qiáng)和充當(dāng)填料，降低配方成本，因此選擇適當(dāng)納米碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣比例對(duì)密封膠的綜合性能起到了關(guān)鍵作用。表3 列出了不同納米碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣比例

對(duì)雙組份聚氨酯中空玻璃密封膠性能的影響。從表3 的結(jié)果可以看出，當(dāng)納米碳酸鈣比例為20%，重
質(zhì)碳酸鈣比例為30% 時(shí)，密封膠就出現(xiàn)觸變性能欠佳的情況，同時(shí)，高的填料含量會(huì)造成膠耐老化性能的欠佳，因此本文中更合適的納米碳酸鈣比例為25%，重質(zhì)碳酸鈣比例為25%。
（4）催化劑含量對(duì)密封膠適用期和表干時(shí)間的影響：結(jié)果如圖2 所示。從圖2 中可以看出，不添加催化劑的情況下，雙組份聚氨酯密封膠具有很長(zhǎng)時(shí)間的適用期（86 min），但同樣膠的表干時(shí)間也相應(yīng)很長(zhǎng)，達(dá)到260 min 左右，因此會(huì)大大影響現(xiàn)場(chǎng)的施工效率。從本文的研究結(jié)果來(lái)看，更合適的催化

表3 納米碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣含量對(duì)密封膠性能的影響
實(shí)驗(yàn)方案 EXP.8 EXP.11 EXP.12 EXP.13 EXP.14 EXP.15 EXP.16 EXP.17

A 組分 R45V 22.4 22.4 22.4 22.4 22.4 22.4 22.4 22.4
1，4-BDO 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
DIDP 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6 27.6
SPM 25 30 35 20 15 25 30 30
OMY-2 25 20 15 30 35 30 25 30
ZIPC-0225 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

B 組分 PM-200 55 55 55 55 55 55 55 55
DIDP 35 35 35 35 35 35 35 35
A-187 10 10 10 10 10 10 10 10

A、B 組 分按比例混合后 NCO/OH 比例 22 20 17 24 N.D. 18 17 17
適用期/min 64 57 56 73 / 57 58 58
表干時(shí)間/min 0 0 0 2 流淌 0 0 0
拉伸強(qiáng)度/MPa 1.1 1.2 1.3 1.0 / 1.4 1.5 1.5
斷裂伸長(zhǎng)率/% 65 69 58 53 / 53 56 56

劑ZJPC-0225 的使用量是0.1%~0.2%，考慮到實(shí)際施工時(shí)配方的誤差范圍，本文中的更佳催化劑含量是0.15%。

圖2 催化劑含量對(duì)密封膠適用期和表干時(shí)間的影響

（5）粘接促進(jìn)劑添加量對(duì)密封膠粘接性能的影響：本文對(duì)粘接促進(jìn)劑的含量對(duì)密封膠粘接性能的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果如圖3 所示。從圖3 可以看出，粘接促進(jìn)劑的加入大大提高了雙組份聚氨酯中空玻璃密封膠的界面粘接性。當(dāng)A-187 的含量達(dá)到 10% 時(shí)，雙組份聚氨酯密封膠樣品便能達(dá)到更佳的粘接效果。進(jìn)一步提高A-187 的含量不會(huì)降低雙組份聚氨酯密封膠樣品的界面粘接性，但此時(shí)樣品出現(xiàn)發(fā)粘的現(xiàn)象，因此，本實(shí)驗(yàn)中的更佳粘接促進(jìn)劑含量為10%。

圖3 粘接促進(jìn)劑添加量對(duì)密封膠粘接性能的影響

通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)得出：以端羥基液體聚丁二烯、粗MDI 為主要原料，研究了填料、增塑劑、擴(kuò)鏈劑、粘接促進(jìn)劑及催化劑對(duì)密封膠性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雙組份聚氨酯密封膠中NCO/OH 比例為1.5，A 組分中端羥基液體聚丁二烯R45V 含量為22.4%，擴(kuò)鏈劑1，4-BDO 含量為0.1%，增塑劑 DIDP 含量為27.6%，納米碳酸鈣SPM 含量為25%，重質(zhì)碳酸鈣OMY-2 含量為25%，催化劑ZJPC-0225 含量為0.15%，B 組分中粗MDI PM-200 含量為55%，增塑劑DIDP 含量為35%，粘接促進(jìn)劑A-187 含量為10% 時(shí)，所制備的雙組份聚氨酯密封膠綜合性能更優(yōu)，能夠滿足中空玻璃二道密封膠的要求。