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　摘要簡介了生產單組分濕固化PU密封膠的工藝流程，探討了配方工藝調整與PU密封膠性能指標的關系,提出了工業化生產中可能出現的問題的解決方法，分析了該產品在中國的市場發展前景。

關鍵詞：密封膠、聚氨酯生產工藝、單組分濕氣固化


1、概述

　　隨著現代建筑技術的發展，許多新型建材獲得了廣泛的應用。在建筑密封膠領域用量最多的是聚硫密封膠、丁基密封膠、丙烯酸密封膠、硅酮密封膠和聚氨酯密封膠等。由于聚氨酯材料綜合性能優良，對幾乎所有建筑材料粘接強度高、耐油、耐低溫、耐老化性好，伸長率高，耐疲勞性好，耐稀酸、稀堿和霉菌，使用方便，價格適宜，因此近年來的應用發展十分迅速。

　　聚氨酯建筑密封膠具體應用有：混凝土預制件等的連接及施工縫的填充密封，門窗的木框四周和墻體混凝土之間的密封嵌縫，輕質結構(如幕墻)的粘貼嵌縫，陽臺、游泳池、浴室等設施的防水嵌縫，空調及其他體系連接處的密封，隔熱雙層玻璃、隔熱窗框的密封等。聚氨酯建筑密封膠也廣泛應用于高速公路、橋梁、機場跑道等有伸縮性的接縫嵌縫密封，及混凝土、陶瓷、PVC等材質下水管道、地下煤氣管道、電線電路管道等有接頭處的連接密封，地鐵、隧道及其他地下隧道連接處的密封等。

　　聚氨酯建筑密封膠有雙組分反應固化型和單組分濕氣固化型2種。聚氨酯建筑密封膠最大優點是使用方便，但也有貯存期較短，對生產用原材料、生產設備和環境、包裝條件要求高等缺點。本文重點討論單組分濕氣固化型聚氨酯建筑密封膠(以下簡稱單組分密封膠)工業生產中的一些問題。

2、主要生產設備及工藝流程

2.1 原材料預處理設備

　　單組分密封膠使用的原料要求水分含量越低越好。如果水含量達不到指標，必須進行真空干燥脫水或采用分子篩、特殊吸水劑脫水；粉狀物料的水分含量如超標，也需用帶加熱攪拌的真空干燥釜、專用烘箱或專用烘干機、過濾設備等進行處理。

2.2 預聚物生產設備

　　預聚物是單組分密封膠的關鍵成分，生產設備為帶有攪拌和加熱冷卻系統的搪瓷或不銹鋼密封反應釜，轉速約30～60r·min-1。

2.3 制膠設備

單組分密封膠的粘度很大，因此對制膠設備的基本要求是：

(1)電機功率足夠大；

(2)攪拌無死角；

(3)釜內快速形成真空，無泄漏；


(4)解除真空用干燥的氮氣；

(5)具有快速加熱冷卻系統和測溫系統；

(6)釜蓋快速升降，加料方便。因此可選用專用行星式混合釜或臥式雙槳捏合設備。

2.4包裝設備和生產環境要求

　　單組分密封膠的濕氣固化特點，要求減少包裝過程中密封膠與空氣接觸的時間，需要專用的全自動裝管(鋁管，塑料管)設備或軟包裝(鋁塑復合膜)設備，此類設備需要從國外進口。

　　生產或包裝單組分密封膠的工房應溫度適宜，相對濕度65％以下。

2.5 生產流程

A一步法：

物料干燥→預聚物合成→加入助劑→分裝→成品

B分步法：

預聚物合成
↓
物料干燥→真空混合→分裝→成品
↑
加入助劑


3、基本配方

3.1預聚物

　　預聚物是聚氨酯密封膠的骨架，由聚醚或聚酯多元醇與多異氰酸酯聚合而成，它是影響聚氨酯密封膠性能指標的關鍵材料。

　　聚醚多元醇一般選用二官能度相對分子質量2000～8000的聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇制成的預聚物，配制的聚氨酯密封膠較耐水解，模量低，但粘接性稍差；聚酯多元醇制成的聚氨酯密封膠硬度較高，粘接性較好，但耐水解性略差；使用部分端羥基聚丁二烯制備的聚氨酯密封膠彈性恢復率很高，低溫柔韌性更優異；使用部分聚四氫呋喃聚醚制備的預聚物力學性能更好，但價格也較貴。有資料介紹用低不飽和度的聚醚多元醇(不飽和度≤0.02％)合成的預聚物力學性能高于普通聚醚合成的預聚物，這種聚醚國內已有少量生產，但價格比普通聚醚略貴。

　　多異氰酸酯最常選用的是TDI、MDI、PAPI或液化MDI，耐黃變性要求高者可選用IPDI、HMPI。用MDI制備的預聚物硬度和強度較高，用TDI制得的預聚物彈性較差，用IPDI制備的預聚物韌性較強，特別是耐撕裂強度較高，但表干時間和固化速度較慢。可同時使用幾種預聚物配制以滿足不同性能聚氨酯建筑密封膠的要求。

3.2填料

　　填料在單組分密封膠中的主要作用是：(1)降低生產成本；(2)提高聚氨酯密封膠的耐老化、電性能、硬度、或其他物理性能；(3)改善使用工藝性能，如提供良好的擠出性和觸變性等。

　　適用填料包括：無機填料如滑石粉、碳酸鈣、鈦白粉、白炭黑、炭黑、高嶺土、膨潤土、硅藻土等；有機填料有PVC樹脂、瀝青、焦油等。有些增粘樹脂如古馬隆、萜烯酚醛樹脂等也可以說是有機填料。填料的細度在320～1250目之間為宜。過粗，影響產品的外觀和強度指標；粒子過細，分散較困難，生產過程中易產生粉塵污染。填料的pH值以接近中性為佳。

3.3 增塑劑

　　增塑劑在聚氨酯建筑密封膠中占的比例也較大，其主要作用是降低膠的粘度，改善擠出性，調節密封膠的硬度、伸長率等指標，但對密封膠的強度有影響。增塑劑應符合：(1)能與-NCO基團反應的含活潑氫的物質含量要足夠低；(2)與密封膠其他組分的相容性要好；(3)低分子揮發物和酸值不能太高。常用的增塑劑為DOP、DIDP、己二酸二辛酯、石油酯及具有阻燃性的增塑劑如磷酸三甲酚酯、氯化石蠟等。


　　單組分密封膠制備中有時也加入少量的甲苯、二甲苯等溶劑，以進一步調節粘度和改善擠出性，一般不超過總量的5％。

3.4 顏料和其他助劑

　　為了滿足不同顏色的施工要求，聚氨酯密封膠中有時也要選用多種顏料。除此以外還要根據需要加入偶聯劑、防霉劑、阻燃劑、抗紫外線劑等助劑，本文不再詳述。

4、配方調整原理

4.1 表干時間、固化速度的調整

　　如果需要縮短單組分密封膠的表干時間、提高固化速度，可以采取下述方法：(1)改變預聚物合成中NCO/OH的投料比，適當提高預聚物的NCO含量；(2)使用復合催化劑或適當增加催化劑的用量。

4.2 模量的調整

　　除高強度聚氨酯建筑密封膠外，一般說來，對大多數聚氨酯建筑密封膠模量的要求都不太高。除對被粘接表面的粘接力要足夠大外，斷裂伸長率一般要大于400％，模量要適宜。影響單組分密封膠模量指標的因素主要有多元醇的結構、分子質量、純度，預聚物的用量、預聚物的-NCO含量，增塑劑的種類、用量，填料的種類、用量等，對這些因素適當凋整就可生產出不同模量的密封膠。

4.3 施工性平衡

　　施工性主要指密封膠的擠出性和觸變性。密封膠在實際使用中，大都要求在立面施工不流淌，這就需要加入如白炭黑、有機膨潤土、纖維狀滑石粉、表面處理的碳酸鈣以及炭黑等，使密封膠具有觸變性。但觸變劑加入不可太多，否則會造成施工困難和性能下降。

5、單組分聚氨酯工業生產中的幾個難點

5.1 聚合過程中的凝膠

　　在聚合反應過程中反應溫度突然自動升高，短短幾分鐘內預聚物變稠，甚至整體變成彈性橡膠狀，整釜預聚物報廢。導致凝膠事故的可能原因包括：(1)原材料(主要指多元醇或溶劑)質量不合格，特別是水分含量超標；(2)加料錯誤，特別是三官能度多元醇為主時，-NCO/-OH量比過低；(3)反應溫度過高或測溫裝置失效；(4)催化劑的量過多或分散不均勻導致局部反應劇烈；(5)原材料不同批次反應活性差別大；(6)投料前反應釜不清潔干燥，反應液面未用干燥的氮氣保護等。只要在生產中注意上述幾點，就可避免凝膠。

5.2 產品外觀不佳

　　有的密封膠顯得粗糙，顆粒多。外觀不佳的可能原因及解決辦法是：(1)填料的細度不夠。可用超細粉碎機、三輥研磨機、砂磨機或球磨機進行預處理；(2)反應釜混合效果差，應使用有刮底刀和刮壁刀的行星式攪拌混合釜，翼式、框式或蝶式攪拌，保證反應釜內無攪拌死角，并且要有適當的轉速和足夠的攪拌時間；(3)真空度不夠。粉狀填料大都以“分子聚集團”的形式存在，聚集團表面吸附了大量的空氣，只有使用能保持高真空的設備，盡量脫除這些填料表面吸附的空氣，使粉料與液態的物料充分濕潤，才能使生產的密封膠產品外觀細膩光亮；(4)配方中某些物料之間的混溶性差，生產出的密封膠出現“雞皮”現象，可使用混溶性好的物料或用某種偶聯劑處理。(5)控制反應釜內物料的溫度，反應釜應有加熱/冷卻系統。

5.3 貯存不穩定

　　目前市售單組分聚氨酯密封膠的貯存期一般為9個月，至少應為6個月。這是個難度較大的技術指標。因為顧名思義，水汽能使該膠固化，所以在生產中必須注意以下環節：(1)增塑劑、溶劑或其他液態物料應達到“氨酯級”，所謂“氨酯級”是以異氰酸酯當量為主要指標，即消耗1 ml的-NCO基需溶劑或增塑劑的克數，該值必須大于2500，否則必須經過預處理合格后才能使用；(2)固體物料應烘干處理，使水分含量越低越好。干燥好的物料應盡快使用，最好隨烘隨用，避免物料再次吸潮；(3)預聚物最好隨生產隨用，預聚物長期貯存過程中-NCO含量會降低，并變粘稠，導致貯存期變短；(4)制膠設備應有干燥的氮氣保護，加料要迅速，打開釜蓋刮膠的次數不宜過多，盡量減少預聚物、密封膠接觸空氣的時間；(5)生產工房應有調溫調濕系統。無論是制膠還是分裝工房的溫度、濕度都應基本恒定。(6)單組分密封膠的包裝不宜用塑料管或復合紙管，應使用鋁管包裝、鋁塑復合膜軟包裝或不同規格的金屬桶內襯薄膜充氮氣包裝，必要時在封蓋內放入干燥劑。

6 市場前景及發展方向

　　近年來，隨著建筑材料的更新換代，設計和施工技術的進步，建筑質量標準的提高，對建筑密封膠的質量要求越來越高，市場需求量也大幅度增加。據資料介紹，目前建筑密封膠在美國的年產量已達40萬t，我國也已達6萬t左右。單組分濕固化聚氨酯建筑密封膠的綜合性能會不斷提高，品種會不斷增加以滿足新用途的要求。如丙烯酸改性或硅酮改性聚氨酯建筑密封膠等，隨著生產技術的完善也會逐漸進入市場，市場前景日益廣闊。