聚氨酯密封嵌缝材料的发展近况-一_山东龙兴化工机械集团
我国开发聚氨酯密封胶始于20世纪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,80年代河南建筑材料研究设计院研制了双组分聚氨酯密封胶,湖北沙市建材厂通过引进国外技术小批量生产聚氨酯密封胶。80~90年代国产聚氨酯密封胶以双组分焦油型为主。因为焦油气味大,并且早期少量密封胶含少量溶剂,随着社会对环保型建材的重视,近年来含焦油的聚氨酯防水涂料及密封胶已基本上被淘汰,取而代之是以无机填料为主要增量剂的无溶剂环保型双组分和单组分聚氨酯密封胶。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密封胶生产线,其中单组分聚氨酯密封胶已于1996年投产。在“十五”计划中,开发单组分聚氨酯密封胶及生产设备被列为发展我国胶粘剂工业的重要内容之一。
单组分聚氨酯密封胶是一类新型的聚氨酯密封胶,一般是硬铝管或铝塑复合软管包装,可用密封胶枪施工。其优点是无需调配、使用方便,但缺点是由表层到内部缓慢固化,在干燥环境下固化缓慢。用于建筑领域的单组分聚氨酯密封胶对固化速度要求不少很高,而汽车和机械、电子等行业装配用的粘接密封胶对固化速度要求较高,特别是生产流水线要求胶粘剂在短时间内固化。因为密封胶中的树脂成分――聚氨酯预聚体对水分敏感,单组分聚氨酯密封胶生产工艺难度较大:(1)所有原料包括填料必须无水,填料和催化剂不会影响预聚体的贮存期,同时要求密封胶在遇潮气时能尽快固化;(2)填料与树脂的混合需采用特殊的混合设备如真空行星式搅拌换罐式生产装置,避免与空气接触;(3)对包装的要求较高,一般要求在隔绝空气下包装。
从调研得到的情况看,近年来我国密封胶行业发展较快,单组分湿固化聚氨酯密封胶在我国得到重视,不少企业通过技术引进或自行研发,已能批量生产用于汽车工业、建筑等领域的单组分聚氨酯密封胶。这些可喜的发展是与下列因素分不开的:在继汽车行业采用单组分聚氨酯密封胶装配挡风玻璃和某些部件之后,聚氨酯密封胶的优点得到了建筑等行业的承认,相关行业对高性能聚氨酯密封胶的需要增加,不少工程项目进口高价单组分聚氨酯密封胶,促进了国内企业对聚氨酯密封胶的开发和生产;高粘度密封胶所需的新型生产设备如双行星强力搅拌机和真空管筒包装机,国内已有几家开发成功;广东一家厂还开发了用于包装聚氨酯密封胶的高密封性的复合包装筒。这些国产设备比进口设备成本低,也是单组分聚氨酯密封胶生产的基本条件,可使得密封胶厂家降低了综合生产成本。
在新的配方体系中,有机硅改性聚氨酯密封胶是研究较多的一个方向,即在聚醚型预聚体端基上接上硅烷基,形成硅烷化的聚氨酯预聚体,其湿固化机理与常规湿固化聚氨酯预聚体的不同,固化时不会产生二氧化碳,因此不会因固化快而在胶体中产生气泡,这也可认为是一种特殊的硅烷改性聚醚密封胶,而单组分硅烷改性聚醚密封胶在日本是一种主要的弹性密封胶品种,欧美也有研制和生产,如Bostik Fendley公司在我国推销的Simson ISR 70-01、ISR 70-01和ISR 70-01即是单组分硅烷改性-改性聚氨酯密封胶,用作结构性的密封胶,主要用于汽车、火车、卡车等组件的粘接装配。
生产聚氨酯密封胶使用最多的二异氰酸酯原料是TDI,原因是TDI常温为液态,操作方便,缺点是预聚体中存在少量游离TDI,而TDI有挥发性,未固化的密封胶可能有刺激性气味,在某些特殊场合不能使用。国外如Huntsman公司已开发了专用于密封胶的MDI型预聚体,克服了MDI预聚体粘度大、低温结晶的问题,使用更环保。一般聚氨酯密封胶使用的低聚物多元醇是聚醚多元醇,国外有报道采用高分子量低不饱和度聚醚多元醇制造密封胶。除此之外,蓖麻油也在许多研究中被采用,它是xx资源,价格比聚醚稍低。福建省三明市宁化林产化工厂采用xx产物松香作为聚氨酯密封胶的原料之一,结合蓖麻油、聚醚、TDI等,研制并小批量生产了单组分松香改性聚氨酯密封胶。在特殊的应用领域,也有采用聚四氢呋喃二醇这种特种聚醚来制造高强度聚氨酯粘接密封胶,也有使用MOCA作为扩链剂,可提高密封胶的强度。以聚丁二烯多元醇和TDI为原料制备的聚氨酯密封胶具有优异的耐水和水密性能,可用于特殊水下密封场合,国内外均有研究报道。也有聚氨酯密封胶不使用填料,与使用填料的密封胶相比具有较高的强度,但成本较高。这些高性能粘接密封胶只能在特殊场合用作粘接兼密封材料。
聚氨酯密封胶在土木建筑及交通工程方面的具体应用有:混凝土预制件等建材的粘接及施工缝的填充密封,门窗框及混凝土墙之间的密封嵌缝,玻璃幕墙嵌缝粘接密封,轻质建筑材料(如保温板、铝塑装饰板、吸音天花板)的粘贴嵌缝,阳台、水箱、蓄水池、污水池、竖井、卫浴设施的防水嵌缝密封,空调及其它体系连接处的密封,隔热双层玻璃制造,门窗框架的嵌缝,柔性通风防漏,墙体和楼板的管线贯孔洞密封,混凝土和块石地面接缝密封,踢脚线及门槛粘接,屋面和排水沟接缝密封,高等级道路、桥梁、飞机跑道等有伸缩性的接缝的嵌缝密封,各种材质下水道、地下煤气管道、电线电路管道等管道接头处的连接密封,地铁隧道及其它地下隧道连接处的密封,等等。
上海市隧道工程公司防水材料厂生产几种牌号的双组分聚氨酯密封胶,其中BW聚氨酯密封胶拉抻强度≥1.0MPa,断裂伸长率≥400%,表干时间≤3h;JS-聚氨酯道路嵌缝胶拉伸粘接强度≥0.2MPa,伸长率延伸率≥200%,弹性恢复率≥75%;JS-II型聚氨酯密封膏20LM的拉伸粘接强度≤0.4MPa,JS-II聚氨酯密封膏20HM拉伸粘接强度>0.4MPa,有不下垂型。这些密封胶主要用于高架道路防撞墙伸缩缝,隧道、管道、管片嵌缝,建筑预留缝嵌缝,以及停机坪、跑道、公路、桥面的伸缩缝。
瑞士Sika公司是一家在全球各地生产及经营建筑用化学材料产品的跨国公司,该公司的密封胶等产品近年来进入国内建筑市场,其单组分聚氨酯密封胶Sikaflex系列主要用于建筑业中高性能接缝密封及弹性粘接,其中两种单组分密封胶的性能见表3。Sikaflex-11FC是具有持久弹性的单组分快速固化聚氨酯胶粘密封胶,成膜时间与环境有关,一般在45~75min。Sikaflex-15LM是一种单组分、高触变性的低模量聚氨酯密封胶/胶粘剂。它们适用于接缝宽度35mm以内、深度8mm以上的缝隙,固化时间小于24h。
跨国公司Bostik Fendley公司(波士胶芬得利公司)生产多种建筑、交通用聚氨酯密封胶,其产品也在中国市场推销。这些密封胶弹性好,允许变形幅度为原始缝隙宽度的50% (±25%)以上。其中澳大利亚生产的Bostik Seal 'N' Flex 1(灵封1)和 (火挡1)是用于建筑的低模量单组分接头用聚氨酯密封胶。Bostik Seal 'N' Flex Matrix FC是高性能、速干型、单组分湿固化聚氨酯密封胶,广泛应用于建筑工业、汽车及机械的粘接密封。它们的典型物性见表4。
Bostik Seal 'N' Flex trafficable grade(“灵封”交通级密封胶)和Bostik Seal 'N' Flex Traffic Seal FC是自流平型双组分聚氨酯密封胶,主要用于道路交通领域的嵌缝密封。与单组分密封胶相比,双组分密封胶用于宽接缝固化较快(24h内),可使道路尽快投入使用。Traffic Seal FC固化更快。'N' Flex Immersible是浸水型高性能双组分聚氨酯密封胶,为触变性膏状物,需用胶枪施工,用于水利工程以及土木建筑膨胀接头的粘接密封。美国Bostik Findley公司生产的Chem-Calk 500是一种建筑用非下垂型双组分聚氨酯密封胶,Chem-Calk 550是一种建筑和交通工程用自流平型双组分聚氨酯密封胶。它们的典型物性见表5。
双层中空玻璃是一种由两块玻璃四周密封、中间充干燥空气或 抽真空形成的窗玻璃制品,具有优良的隔热性能,主要用于建筑及列车窗玻璃。由于弹性密封胶以及粘接工艺的发展,中空玻璃得到发展。中空玻璃的胶接法密封结构主要有单道密封与双道密封,以双道密封为主流的工艺{dy}道用丁基胶,第二道用聚氨酯、聚硫或硅酮弹性密封胶。最初采用聚硫密封胶,因为聚氨酯密封胶对玻璃、铝和阳极氧化钢粘接牢固,适合于动态接缝,可承受中空玻璃的风压变形,水汽渗透率和吸水率低,耐油,耐老化等特性,近年聚氨酯密封胶已占主导地位。
法国乐杰福密封胶有限公司是生产飞机、中空玻璃和汽车专用胶粘剂和密封胶的厂家,该公司的Totalseal TS3185是用于双层中空玻璃的双组分聚氨酯密封胶/胶粘剂,该胶的A组分密度约1.72g/cm3,B组分密度1.13g/cm3,两组分体积混合比100/10或重量混合比100/6.5,可操作时间约30min,有触变性,{zd0}下垂度2.5mm。表干时间2~4h,固化时间4~6h,邵A硬度≥40,水汽渗透率≤6g/24h/m2。该公司已向我国推销这种密封胶。

国内天津化工研究设计院精细化工研究所和保定市化工研究所等单位已开发中空玻璃用双组分聚氨酯密封胶。保定市化工研究所的“宝硕”牌聚氨酯密封胶A组分为黑色含填料膏状物,密度1.74g/cm3;B组分为乳黄色膏状预聚体,密度1.12g/cm3。A、B组分按比例混合后使用,适用于手工加工制作中空玻璃。A/B两组分重量混合比20/1,调节两组分比例可使操作时间控制在10~20min范围,下垂度小于2.5mm,其它性能指标与Totalseal TS3185相似。天津化工研究设计院的中空玻璃用聚氨酯密封胶已批量生产,A组分为黑色膏状体,B组分为浅黄色粘稠液,A/B混合比=100/5,混合比公差±10%,操作期15min,表干时间1 h,室温下2~3h可搬动,更适用于中空玻璃双道密封



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