单组分湿固化聚氨酯建筑密封胶的生产工艺杨建恩(山东化工厂,济南市250033) 摘要　简介了生产单组分湿固化PU 密封胶的工艺流程,探讨了配方工艺调整与PU 密封胶性能指标的关系,提出了工业化生产中可能出现的问题的解决方法,分析了该产品在中国的市场发展前景。

关键词　密封胶　聚氨酯　生产工艺　单组分　湿气固化 收稿日期:2002-01-25作者简介:杨建恩男,1952年生。

1982年毕业于南京大学。

现为山东化工厂聚氨酯研究中心主任,研究员级高级工程师,长期从事军、民品胶粘剂和密封剂的开发研制。

1　概述 随着现代建筑技术的发展,许多新型建材获得了广泛的应用。

在建筑密封胶领域用量最多的是聚硫密封胶、丁基密封胶、丙烯酸密封胶、硅酮密封胶和聚氨酯密封胶等。

由于聚氨酯材料综合性能优良,对几乎所有建筑材料粘接强度高、耐油、耐低温、耐老化性好,伸长率高,耐疲劳性好,耐稀酸、稀碱和霉菌,使用方便,价格适宜,因此近年来的应用发展十分迅速。

聚氨酯建筑密封胶具体应用有:混凝土预制件等的连接及施工缝的填充密封,门窗的木框四周和墙体混凝土之间的密封嵌缝,轻质结构(如幕墙)的粘贴嵌缝,阳台、游泳池、浴室等设施的防水嵌缝,空调及其他体系连接处的密封,隔热双层玻璃、隔热窗框的密封等。

聚氨酯建筑密封胶也广泛应用于高速公路、桥梁、机场跑道等有伸缩性的接缝嵌缝密封,及混凝土、陶瓷、PVC 等材质下水管道、地下煤气管道、电线电路管道等有接头处的连接密封,地铁、隧道及其他地下隧道连接处的密封等。

聚氨酯建筑密封胶有双组分反应固化型和单组分湿气固化型2种。

聚氨酯建筑密封胶最大优点是使用方便,但也有贮存期较短,对生产用原材料、生产设备和环境、包装条件要求高等缺点。

本文重点讨论单组分湿气固化型聚氨酯建筑密封胶(以下简称单组分密封胶)工业生产中的一些问题。

2　主要生产设备及工艺流程2.1　原材料预处理设备单组分密封胶使用的原料要求水分含量越低越好。

如果水含量达不到指标,必须进行真空干燥脱水或采用分子筛、特殊吸水剂脱水;粉状物料的水分含量如超标,也需用带加热搅拌的真空干燥釜、专用烘箱或专用烘干机、过滤设备等进行处理。

2.2　预聚物生产设备预聚物是单组分密封胶的关键成分,生产设备为带有搅拌和加热冷却系统的搪瓷或不锈钢密封反应釜,转速约30～60r ・min -1。

2.3　制胶设备单组分密封胶的粘度很大,因此对制胶设备的基本要求是:(1)电机功率足够大;(2)搅拌无死角;(3)釜内快速形成真空,无泄漏;(4)解除真空用干燥的氮气;(5)具有快速加热冷却系统和测温系统;(6)釜盖快速升降,加料方便。

因此可选用专用行星式混合釜或卧式双桨捏合设备。

2.4　包装设备和生产环境要求单组分密封胶的湿气固化特点,要求减少包装过程中密封胶与空气接触的时间,需要专用的全自动装管(铝管,塑料管)设备或软包装(铝塑复合膜)设备,此类设备需要从国外进口。

生产或包装单组分密封胶的工房应温度适宜,相对湿度65%以下。

2.5　生产流程A 一步法物料干燥→预聚物合成→加入助剂→分装→成品B 分步法预聚物合成物料干燥→真空混合→分装→成品加入助剂3　基本配方・4・单组分湿固化聚氨酯建筑密封胶的生产工艺 ZHANJ IE 2002,23(3)3.1　预聚物预聚物是聚氨酯密封胶的骨架,由聚醚或聚酯多元醇与多异氰酸酯聚合而成,它是影响聚氨酯密封胶性能指标的关键材料。

聚醚多元醇一般选用二官能度相对分子质量2000～8000的聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇制成的预聚物,配制的聚氨酯密封胶较耐水解,模量低,但粘接性稍差;聚酯多元醇制成的聚氨酯密封胶硬度较高,粘接性较好,但耐水解性略差;使用部分端羟基聚丁二烯制备的聚氨酯密封胶弹性恢复率很高,低温柔韧性更优异;使用部分聚四氢呋喃聚醚制备的预聚物力学性能更好,但价格也较贵。

有资料介绍用低不饱和度的聚醚多元醇(不饱和度≤0.02%)合成的预聚物力学性能高于普通聚醚合成的预聚物,这种聚醚国内已有少量生产,但价格比普通聚醚略贵。

多异氰酸酯最常选用的是TDI、MDI、PAPI或液化MDI,耐黄变性要求高者可选用IPDI、HMPI。

用MDI制备的预聚物硬度和强度较高,用TDI制得的预聚物弹性较差,用IPDI制备的预聚物韧性较强,特别是耐撕裂强度较高,但表干时间和固化速度较慢。

可同时使用几种预聚物配制以满足不同性能聚氨酯建筑密封胶的要求。

3.2　填料填料在单组分密封胶中的主要作用是:(1)降低生产成本;(2)提高聚氨酯密封胶的耐老化、电性能、硬度、或其他物理性能;(3)改善使用工艺性能,如提供良好的挤出性和触变性等。

适用填料包括:无机填料如滑石粉、碳酸钙、钛白粉、白炭黑、炭黑、高岭土、膨润土、硅藻土等;有机填料有PVC树脂、沥青、焦油等。

有些增粘树脂如古马隆、萜烯酚醛树脂等也可以说是有机填料。

填料的细度在320～1250目之间为宜。

过粗,影响产品的外观和强度指标;粒子过细,分散较困难,生产过程中易产生粉尘污染。

填料的p H值以接近中性为佳。

3.3　增塑剂增塑剂在聚氨酯建筑密封胶中占的比例也较大,其主要作用是降低胶的粘度,改善挤出性,调节密封胶的硬度、伸长率等指标,但对密封胶的强度有影响。

增塑剂应符合:(1)能与—NCO基团反应的含活泼氢的物质含量要足够低;(2)与密封胶其他组分的相容性要好;(3)低分子挥发物和酸值不能太高。

常用的增塑剂为DOP、DIDP、己二酸二辛酯、石油酯及具有阻燃性的增塑剂如磷酸三甲酚酯、氯化石蜡等。

单组分密封胶制备中有时也加入少量的甲苯、二甲苯等溶剂,以进一步调节粘度和改善挤出性,一般不超过总量的5%。

3.4　颜料和其他助剂为了满足不同颜色的施工要求,聚氨酯密封胶中有时也要选用多种颜料。

除此以外还要根据需要加入偶联剂、防霉剂、阻燃剂、抗紫外线剂等助剂,本文不再详述。

4　配方调整原理4.1　表干时间、固化速度的调整如果需要缩短单组分密封胶的表干时间、提高固化速度,可以采取下述方法:(1)改变预聚物合成中NCO/OH的投料比,适当提高预聚物的NCO含量;(2)使用复合催化剂或适当增加催化剂的用量。

4.2　模量的调整除高强度聚氨酯建筑密封胶外,一般说来,对大多数聚氨酯建筑密封胶模量的要求都不太高。

除对被粘接表面的粘接力要足够大外,断裂伸长率一般要大于400%,模量要适宜。

影响单组分密封胶模量指标的因素主要有多元醇的结构、分子质量、纯度,预聚物的用量、预聚物的—NCO含量,增塑剂的种类、用量,填料的种类、用量等,对这些因素适当调整就可生产出不同模量的密封胶。

4.3　施工性平衡施工性主要指密封胶的挤出性和触变性。

密封胶在实际使用中,大都要求在立面施工不流淌,这就需要加入如白炭黑、有机膨润土、纤维状滑石粉、表面处理的碳酸钙以及炭黑等,使密封胶具有触变性。

但触变剂加入不可太多,否则会造成施工困难和性能下降。

5　单组分聚氨酯工业生产中的几个难点5.1　聚合过程中的凝胶在聚合反应过程中反应温度突然自动升高,短短几分钟内预聚物变稠,甚至整体变成弹性橡胶状,整釜预聚物报废。

导致凝胶事故的可能原因包括: (1)原材料(主要指多元醇或溶剂)质量不合格,特别是水分含量超标;(2)加料错误,特别是三官能度多元醇为主时,—NCO/—OH量比过低;(3)反应温度过高或测温装置失效;(4)催化剂的量过多或分散不均匀导致局部反应剧烈;(5)原材料不同批・5・　研究报告及专论 粘　接　2002,23(3)　次反应活性差别大;(6)投料前反应釜不清洁干燥,反应液面未用干燥的氮气保护等。

只要在生产中注意上述几点,就可避免凝胶。

5.2　产品外观不佳有的密封胶显得粗糙,颗粒多。

外观不佳的可能原因及解决办法是:(1)填料的细度不够。

可用超细粉碎机、三辊研磨机、砂磨机或球磨机进行预处理;(2)反应釜混合效果差,应使用有刮底刀和刮壁刀的行星式搅拌混合釜,翼式、框式或蝶式搅拌,保证反应釜内无搅拌死角,并且要有适当的转速和足够的搅拌时间;(3)真空度不够。

粉状填料大都以“分子聚集团”的形式存在,聚集团表面吸附了大量的空气,只有使用能保持高真空的设备,尽量脱除这些填料表面吸附的空气,使粉料与液态的物料充分湿润,才能使生产的密封胶产品外观细腻光亮;(4)配方中某些物料之间的混溶性差,生产出的密封胶出现“鸡皮“现象,可使用混溶性好的物料或用某种偶联剂处理。

(5)控制反应釜内物料的温度,反应釜应有加热/冷却系统。

5.3　贮存不稳定目前市售单组分聚氨酯密封胶的贮存期一般为9个月,至少应为6个月。

这是个难度较大的技术指标。

因为顾名思义,水汽能使该胶固化,所以在生产中必须注意以下环节:(1)增塑剂、溶剂或其他液态物料应达到“氨酯级”,所谓“氨酯级”是以异氰酸酯当量为主要指标,即消耗1ml 的—NCO 基需溶剂或增塑剂的克数,该值必须大于2500,否则必须经过预处理合格后才能使用;(2)固体物料应烘干处理,使水分含量越低越好。

干燥好的物料应尽快使用,最好随烘随用,避免物料再次吸潮;(3)预聚物最好随生产随用,预聚物长期贮存过程中—NCO含量会降低,并变粘稠,导致贮存期变短;(4)制胶设备应有干燥的氮气保护,加料要迅速,打开釜盖刮胶的次数不宜过多,尽量减少预聚物、密封胶接触空气的时间;(5)生产工房应有调温调湿系统。

无论是制胶还是分装工房的温度、湿度都应基本恒定。

(6)单组分密封胶的包装不宜用塑料管或复合纸管,应使用铝管包装、铝塑复合膜软包装或不同规格的金属桶内衬薄膜充氮气包装,必要时在封盖内放入干燥剂。

6　市场前景及发展方向近年来,随着建筑材料的更新换代,设计和施工技术的进步,建筑质量标准的提高,对建筑密封胶的质量要求越来越高,市场需求量也大幅度增加。

据资料介绍,目前建筑密封胶在美国的年产量已达40万t ,我国也已达6万t 左右。

单组分湿固化聚氨酯建筑密封胶的综合性能会不断提高,品种会不断增加以满足新用途的要求。

如丙烯酸改性或硅酮改性聚氨酯建筑密封胶等,随着生产技术的完善也会逐渐进入市场,市场前景日益广阔。

参考文献1　李绍雄,刘益军.聚氨酯胶粘剂.北京:化学工业出版社,19982　李绍雄,朱吕民.聚氨酯树脂.江苏科学技术出版社,19893　曹惟诚,龚云表.胶接技术手册.上海科学出版社,19884　魏克超.聚氨酯建筑密封剂的发展.中国聚氨酯工业协会第十次年会论文集5　邓超.聚氨酯在建筑工程中的应用与发展概况.全国聚氨酯行业第六次年会论文集6　叶青萱.新一代密封剂一端硅烷聚氨酯密封剂.中国聚氨酯工业协会第九次年会论文集Industrial production of one -component moisture curable PU construction sealantYang Jian ′en(Shandong Chemical Factory ,Jinan 250033)Abstract Shandong chemical factory has industrially produced the one 2component moisture curable PU sealant over 7years.This paper simply introduced the process of the one 2component moisture curable PU sealant ,discussed the relation between formula adjustment and allied properties of the sealant ,gave some solu 2tions for the problems in industrial production ,and preliminarily analysed the future prospect of the produet mar 2ket in China.K eyw ords PU sealant Industrial production One 2component Moisture curable(编辑　李健民)・6・单组分湿固化聚氨酯建筑密封胶的生产工艺 ZHANJ IE 2002,23(3)。