中空玻璃用双组份聚氨酯密封胶的研究
中空玻璃用双组份聚氨酯密封胶的研究
孙 辉 周朝栋 等
中空玻璃是一种用两片（或三片）玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与铝合金框架粘结，具有良好的隔热、隔音、美观的新型建筑材料。中空玻璃单元通常采用双道密封胶，即使用聚异丁烯胶作第1 道密封，有机硅胶、聚硫胶或者聚氨酯胶作为第二道密封。本文以端羟基液体聚丁二烯、粗MDI 为主要原料，复配制备中空玻璃用双组份聚氨酯密封胶，并研究了填料、增塑剂、扩链剂、粘接促进剂及催化剂对密封胶性能的影响。
实验原料： 端羟基液体聚丁二烯，Poly bd® R45V，克雷威利（广州）化工有限公司；粗MDI， WANNATE®PM-200，万华化学集团股份有限公司； 纳米碳酸钙，WINNOFIL®SPM，SOLVAY； 重质碳酸钙，OMY-2，欧米亚（上海）投资有限公司；增塑剂，DIDP，埃克森美孚化工；扩链剂，1，4- 丁二醇
（1，4-BDO），上海梯希爱；粘接促进剂，Silquest® A-187，迈图高新材料（中国）有限公司；催化剂， ZJPC-0225，自制。
（1）NCO/OH 比例对中空玻璃密封胶性能的影响：通常来说，NCO/OH 的比例越接近1，密封胶越接近于凝胶点，其反应交联速度也越快，但过快的交联速度会影响聚氨酯密封胶的可操作时间。因此选取合适的NCO/OH 比例对于双组份聚氨酯中空玻璃胶来说是至关重要的，选取不同NCO/OH 比例对双组份聚氨酯中空玻璃密封胶的性能进行了考察， 结果如表1 和图1 所示。
表1 NCO/OH 比例对中空玻璃密封胶性能的影响
实验方案 EXP.1 EXP.2 EXP.3 EXP.4 EXP.5 EXP.6
A 组分 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 组分 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 组分按比例混合后 NCO/OH 比例 1.04 1.19 1.34 1.49 1.64 1.80
适用期/min 6 13 21 27 28 30
表干时间/min 46 57 73 76 84 83
拉伸强度/MPa N.D. N.D. 0.9 0.9 1.0 1.2
断裂伸长率/% N.D. N.D. 83 75 72 73
EXP.1 EXP.2 EXP.3 EXP.4 EXP.5 EXP.6
图1 固化胶条割开后的情况
从表1 结果可以看出，当NCO/OH 比例在1.19以下时，双组份聚氨酯胶样品的适用期过短；当
NCO/OH 比例在1.34 以上时，双组份聚氨酯胶样品的可操作时间才能满足施工需求，而当NCO/OH 比例达到1.80 的时候，固化的胶条中出现了一定的鼓泡见图1。因此，NCO/OH 的比例在1.34~1.64 是比较合适的。考虑到A、B 组分实际施工过程中的配比误差，选择NCO/OH 比例为1.5 左右是更合适的。
（2）扩链剂含量对中空玻璃密封胶力学性能的影响：在聚氨酯胶的配方中，经常会加入一些含活泼氢的化合物与异氰酸酯端基预聚物反应，从而使得分子链扩散延长，提高聚氨酯胶的初固强度。研究了1，4-BDO 对双组份聚氨酯中空玻璃胶的性能的影响，结果如表2 所示。
表2 扩链剂含量对中空玻璃密封胶各项性能的影响
实验方案 EXP.4 EXP.7 EXP.8 EXP.9 EXP.10
A 组分 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 组分 PM-200 55 55 55 55 55
DIDP 35 35 35 35 35
A-187 10 10 10 10 10
A、B 组分按比例混合后 适用期/min 27 24 22 17 12
表干时间/min 76 73 64 53 47
拉伸强度/MPa 0.9 1.0 1.1 1.3 1.6
断裂伸长率/% 75 73 65 56 40
从表2 可以看出，少量1，4-BDO 的加入可以降低R45V 的使用量，提高密封胶的拉伸强度、降低密封胶的表干时间，但同时会降低密封胶的可操作时间、断裂伸长率。因此，本文中更合适的1， 4-BDO 扩链剂的比例是0.10%。
（3）纳米碳酸钙、重质碳酸钙比例对密封胶性能的影：纳米碳酸钙主要用于提高产品的触变性、强度以及韧性，但是增稠明显，因此在产品中只能部分添加；而重质碳酸钙则主要用于补强和充当填料，降低配方成本，因此选择适当纳米碳酸钙和重质碳酸钙比例对密封胶的综合性能起到了关键作用。表3 列出了不同纳米碳酸钙和重质碳酸钙比例
对双组份聚氨酯中空玻璃密封胶性能的影响。从表3 的结果可以看出，当纳米碳酸钙比例为20%，重
质碳酸钙比例为30% 时，密封胶就出现触变性能欠佳的情况，同时，高的填料含量会造成胶耐老化性能的欠佳，因此本文中更合适的纳米碳酸钙比例为25%，重质碳酸钙比例为25%。
（4）催化剂含量对密封胶适用期和表干时间的影响：结果如图2 所示。从图2 中可以看出，不添加催化剂的情况下，双组份聚氨酯密封胶具有很长时间的适用期（86 min），但同样胶的表干时间也相应很长，达到260 min 左右，因此会大大影响现场的施工效率。从本文的研究结果来看，更合适的催化
表3 纳米碳酸钙、重质碳酸钙含量对密封胶性能的影响
实验方案 EXP.8 EXP.11 EXP.12 EXP.13 EXP.14 EXP.15 EXP.16 EXP.17
A 组分 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 组分 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 组 分按比例混合后 NCO/OH 比例 22 20 17 24 N.D. 18 17 17
适用期/min 64 57 56 73 / 57 58 58
表干时间/min 0 0 0 2 流淌 0 0 0
拉伸强度/MPa 1.1 1.2 1.3 1.0 / 1.4 1.5 1.5
断裂伸长率/% 65 69 58 53 / 53 56 56
剂ZJPC-0225 的使用量是0.1%~0.2%，考虑到实际施工时配方的误差范围，本文中的更佳催化剂含量是0.15%。
图2 催化剂含量对密封胶适用期和表干时间的影响
（5）粘接促进剂添加量对密封胶粘接性能的影响：本文对粘接促进剂的含量对密封胶粘接性能的影响进行了研究，结果如图3 所示。从图3 可以看出，粘接促进剂的加入大大提高了双组份聚氨酯中空玻璃密封胶的界面粘接性。当A-187 的含量达到 10% 时，双组份聚氨酯密封胶样品便能达到更佳的粘接效果。进一步提高A-187 的含量不会降低双组份聚氨酯密封胶样品的界面粘接性，但此时样品出现发粘的现象，因此，本实验中的更佳粘接促进剂含量为10%。
图3 粘接促进剂添加量对密封胶粘接性能的影响
通过一系列的实验得出：以端羟基液体聚丁二烯、粗MDI 为主要原料，研究了填料、增塑剂、扩链剂、粘接促进剂及催化剂对密封胶性能的影响。研究发现，当双组份聚氨酯密封胶中NCO/OH 比例为1.5，A 组分中端羟基液体聚丁二烯R45V 含量为22.4%，扩链剂1，4-BDO 含量为0.1%，增塑剂 DIDP 含量为27.6%，纳米碳酸钙SPM 含量为25%，重质碳酸钙OMY-2 含量为25%，催化剂ZJPC-0225 含量为0.15%，B 组分中粗MDI PM-200 含量为55%，增塑剂DIDP 含量为35%，粘接促进剂A-187 含量为10% 时，所制备的双组份聚氨酯密封胶综合性能更优，能够满足中空玻璃二道密封胶的要求。