單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備

王德鵬，楊 猛，馮 艷

（撫順哥倆好化學(xué)有限公司， 遼寧 撫順 113217）

聚氨酯（PU）泡沫填縫劑是一種將聚氨酯預(yù)聚體、催化劑及氣體拋射劑灌裝于同一個(gè)耐壓的鐵制氣霧罐中的單組分產(chǎn)品[1]，施工時(shí)通過配套施膠槍或手動噴管將氣霧狀膠體噴射至待施工部位，通過濕氣固化短期完成成型、發(fā)泡、粘結(jié)和密封過程，其固化泡沫彈性體具有粘結(jié)、防水、耐熱脹冷縮、隔熱、隔音、甚至阻燃（限阻燃型）等優(yōu)良性能，廣泛用于建筑門窗邊縫、構(gòu)件伸縮縫及孔洞處的填充、密封[2-6]。

隨著國家住宅建設(shè)快速發(fā)展和家居條件不斷改善，人們對建筑工程質(zhì)量要求愈來愈高，塑鋼門窗、鋁合金門窗、管道潔具、新型墻體及屋頂瓦片的應(yīng)用越來越廣泛[7]，而在這些方面的安裝上，建設(shè)部規(guī)定，鋁合金和塑鋼門窗安裝中墻體與門窗的縫隙必須采用軟材料填充，連接應(yīng)采用彈性連接。單組分聚氨酯泡沫填縫劑具有良好的粘結(jié)力和有優(yōu)異的彈性[8]，可自行發(fā)泡并可隨時(shí)使用泡沫填充材料。現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用和認(rèn)可，隨著建筑質(zhì)量要求的提高和節(jié)能降耗型建筑物的推廣，該類產(chǎn)品的用量今后還將穩(wěn)步增長。

目前市場上使用的產(chǎn)品存在尺寸穩(wěn)定性不好、強(qiáng)度低及低溫泡沫性能差等缺點(diǎn)，為解決這些問題，本文針對組和聚醚比例、催化劑用量、阻燃劑用量及異氰酸根與羥基的摩爾比對產(chǎn)品性能的影響進(jìn)行了深入研究，制得了綜合性能優(yōu)異的單組分聚氨酯泡沫填縫劑產(chǎn)品。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及試劑

聚醚多元醇TMN-450，工業(yè)級，天津石化三廠；聚醚多元醇 Tdoil-1000，工業(yè)級，天津石化三廠；三（2-氯丙基）磷酸酯（TCPP），工業(yè)級，江蘇常余化工有限公司；二嗎啉基二乙基醚 DMDEE，工業(yè)級，上海雨田化工有限公司；多亞甲基多苯基異氰酸酯（PAPI），工業(yè)級，拜耳中國有限公司（上海）；勻泡劑 8830，工業(yè)級，南京德美世創(chuàng)化工有限公司；二甲醚，工業(yè)品，上海瑞化化工有限公司；丙丁烷，工業(yè)品，濮陽市中煒精細(xì)化工有限公司。

1.2 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備

1.2.1 白料的制備

將混合聚醚和阻燃劑加入反應(yīng)容器中，攪拌、升溫，在105 ℃下減壓保溫1 h，然后降溫到50 ℃，加入勻泡劑、催化劑，攪拌15 min，得到白料。

1.2.2 泡沫填縫劑的制備

利用氣霧劑灌裝機(jī)在耐壓包裝罐中依次灌入白料、多亞甲基多苯基異氰酸酯、二甲醚、丙丁烷，通過搖床搖晃10 min，在室溫下放置24 h即得成品。

1.3 性能測試

1.3.1 尺寸穩(wěn)定性

按GB/T 8811規(guī)定進(jìn)行：試驗(yàn)條件為（23±2）℃，制樣后72 h測試。

1.3.2 拉伸粘接強(qiáng)度

按標(biāo)準(zhǔn) JC 936 2004規(guī)定進(jìn)行：測試材料為LD30鋁合金板，尺寸為 75 mm×50 mm,厚度為 5 mm。試片粘接后在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置7 d，測試強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚醚配比對填縫劑的影響

單組分聚氨酯泡沫填縫劑的主要成分是聚氨酯預(yù)聚體，它是由異氰酸酯與聚醚反應(yīng)而成的，以異氰酸根基團(tuán)封端的低分子量齊聚物，當(dāng)預(yù)聚體從罐內(nèi)噴出后，與空氣中的水分接觸，預(yù)聚體中的異氰酸根與水反應(yīng)，生成脲鍵，從而產(chǎn)生分子鏈的增長與交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使材料發(fā)生固化[9]。泡沫交聯(lián)度的大小直接影響到泡沫制品的性能，而它的大小與使用的聚醚多元醇和多異氰酸酯的分子量及官能度有關(guān)，其中尤以多元醇最為重要，因而只要調(diào)節(jié)不同多元醇原料的分子量和官能度就能控制制品的交聯(lián)密度，得到性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

本文采用的聚醚多元醇由2種型號組合而成，分別是3官能度TMN-450和2官能度的Tdoil-1000。在其它條件保持不變的情況下，研究了2種聚醚多云醇不同比例對填縫劑性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1和表1。

圖1 TM N-450含量對粘接強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of TMN-450 content on adhesive strength

由圖1可知：產(chǎn)品的粘接時(shí)間隨著組合聚醚中TMN-450含量的增加先上升后下降。這是因?yàn)楫?dāng)TMN-450含量過多時(shí)交聯(lián)密度過大，泡沫脆、與基材粘接效果不好；當(dāng) TMN-450含量過低時(shí)交聯(lián)密度過低，泡沫很軟、無強(qiáng)度。TMN-450與Tdoil-1000的摩爾比最佳范圍是在40%～60%之間。

表1 聚醚對泡沫填縫劑性能的影響Table1 Effect of polyether on performance of sealant

由表1可知：隨著TMN-450含量增加，產(chǎn)品的體系粘度變大，泡沫硬度增加大、尺寸穩(wěn)定性好；反之TMN-450含量變小，則產(chǎn)品的體系粘度變、所得泡沫軟、尺寸穩(wěn)定性差。綜合考慮，TMN-450與Tdoil-1000的摩爾比最佳值是在60/40～40/60之間。

2.2 催化劑量對泡沫填縫性能的影響

單組分聚氨酯泡沫填縫劑是將聚氨酯預(yù)聚體與催化劑、發(fā)泡劑等原料混合裝在一個(gè)高壓密封罐中的特殊發(fā)泡體系。所以所選用的催化劑在保證具有較強(qiáng)的催化作用的同時(shí)對聚氨酯預(yù)聚物體系的貯存穩(wěn)定性應(yīng)無明顯影響。目前，二嗎啉基二乙基醚（DMDEE）是應(yīng)用最普遍且效果最理想的催化劑。本文在其它條件不變的情況下考察了DMDEE加入量（相對于聚醚多元醇質(zhì)量）對泡沫填縫劑表干時(shí)間的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品表干時(shí)間隨著催化劑用量的變化情況Fig.2 Relationship between catalyst content and surface drying time

由圖2可知：產(chǎn)品的表干時(shí)間隨催化劑用量增加而縮短，根據(jù)實(shí)際施工的操作要求，確定DMDEE的加入量在2%～2.5%之間。

2.3 阻燃劑加入量對泡沫性能的影響

阻燃劑在聚氨酯泡沫塑料中除了具有阻燃性能外，還起到增塑劑的作用，對產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性、泡孔、發(fā)泡倍數(shù)等性能都有很大影響。本實(shí)驗(yàn)選用磷酸三(2-氯丙基)磷酸酯（TCPP）作為阻燃劑，表2列出了在其它條件不變的情況下，不同 TCPP加入量對泡沫填縫劑性能的影響。

表2 TCPP加入量對填縫劑性能的影響Table 2 Effect of TCPP content on performance of sealant

由表 2可知：TCPP加入量過低時(shí)，體系的黏度太大，不利于噴出，而加入量過高時(shí)，體系的粘度過低，在往基材上噴膠是飛濺嚴(yán)重。綜合 TCPP加入量對表干時(shí)間、泡孔及尺寸穩(wěn)定性的影響，確定TCPP的加入量在12%～18%之間。

2.4 異氰酸根與羥基摩爾比對產(chǎn)品性能的影響

在聚醚組成、異氰酸酯種類確定的情況下，二者的比例對產(chǎn)品的表干時(shí)間、噴出性、泡孔、發(fā)泡倍速及尺寸穩(wěn)定性都有很大影響，用R代表異氰酸根與羥基的摩爾比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。

表3 TCPP加入量對填縫劑性能的影響Table 3 Effect of TCPP content on performance of sealant

由表3可知：隨著異氰酸根與羥基摩爾比的增大，泡沫的低溫性能變差，當(dāng)比值超過4.4時(shí)泡沫開始變脆，甚至變渣而失去強(qiáng)度。綜合異氰酸根與羥值摩爾比對其它性能的影響，確定其最佳比值為4～4.2之間。

3 結(jié) 論

（1）確定了制備單組分聚氨酯泡沫填縫劑的最佳配比為：聚醚TMN-450與Tdoil-1000的摩爾比在40%～60%之間；DMDEE的加入量在2%～2.5%之間；TCPP的加入量在12%～18%之間；異氰酸根與羥值摩爾比在4～4.2之間。

（2）我們制備的單組分聚氨酯泡沫填縫劑尺寸穩(wěn)定性好，低溫條件下泡沫性能優(yōu)異，粘接強(qiáng)度可達(dá)到120 kPa，具有優(yōu)異的綜合性能。

［1］狄超. 聚醚多元醇對單組分聚氨酯泡沫填縫劑性能的影響[J]. 聚氨酯工業(yè), 2003, 18(1): 19-21.

［2］Anthony James Taylor, Reto Faessler. Low pressure generating polyurethane foams:US, 6410609[P].2000-07.

［3］丁蘇華, 段林麗. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的性能及測試方法研究[J]. 新型建筑材料, 2003(10): 1-4.

［4］陳文駒. 鋁合金窗邊防滲漏的探討[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu). 2008(8):21-22.

［5］戴家兵, 許戈文, 熊潛生. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備[J]. 氣霧劑通訊, 2001(2): 5-8.

［6］王偉, 于劍昆. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑研究進(jìn)展[J]. 聚氨酯工業(yè),2009, 24(6): 1-4.

［7］Cris Damon Starr, Gary Grunauer. Tile roof construction obtained using one-component with adhesive pattern:US, 6193826 [P]. 1999-02.

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［9］朱呂民, 劉益軍. 聚氨酯泡沫塑料[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.