CN108410412A - 一种快速固化聚氨酯防水密封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速固化聚氨酯防水密封胶及其制备方法，属于化工技术领域。本发明采用二羟基聚二甲基硅氧烷对聚氨酯进行改性，通过控制聚醚多元醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与甲苯二异氰酸酯的交替缩合反应，设计和制备一种聚硅氧烷‑聚醚嵌段聚氨酯密封胶预聚体，这种化学途径避免了物理混合方法在高有机硅含量时出现的相分离，而且其湿固化物相对于聚醚聚氨酯固化物具有更好的耐低温和耐热等性能；本发明利用分子链上含有醇羟基、酚羟基、羧基和甲氧基等多种基团的木质素作为功能填料，增强胶浆，降低生产成本，同时能赋予胶浆优异的阻燃性能、抗紫外和抗老化性能。

Description

一种快速固化聚氨酯防水密封胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种快速固化聚氨酯防水密封胶及其制备方法，属于化工技术领域。

背景技术

密封胶粘剂简称密封胶，是同时具有粘接和密封性能的一种多用途功能材料。它既可以防止内部气体或液体泄漏，又可以防止外部灰尘、湿气、水分、污物和化学药品等侵入，并能防止机械振动、冲击损伤或达到隔音隔热的效果。密封胶对于解决跑、冒、滴、漏是不可缺少的重要材料，在现代科技和国民经济中具有重要作用。聚氨酯密封胶是分子链中含有氨酯基和或异氰酸酯基类的密封胶，是当今世界上正在使用的三大类弹性密封胶之一。聚氨酯密封胶的发展迄今已有40多年的历史，主要应用于土木建筑业、水利工程、交通运输业等领域。近几年我国在聚氨酯密封胶的研制与应用已取得了一定的发展。但是由于成本较高，并未得到广泛推广应用，同时高性能、污染小的聚氨酯密封胶目前还远远不能满足我国汽车、建筑、制冷及船舶等行业的需求，绝大多数都得靠进口解决，国产的聚氨酯密封胶产品还不能满足其需求量的十分之一。

聚氨酯密封胶一般都含有强极性基团，固化后能形成强韧的弹性粘接层，聚氨酯分子可分成3个组成部分，即聚醚链段，异氰酸酯链段和作为扩链剂的低分子链段。聚氨酯分子被看作为柔性链段和刚性链段的嵌段共聚物，其结构特点使聚氨酯密封胶对多种材料都有良好的粘接。聚氨酯密封胶有如下优点：优良的耐磨性；低温柔软性；性能可调节范围较广；机械强度大；粘接性好；弹性好，具有优良的复原性，可适用于动态接缝；耐侯性好，使用寿命可达15～20年耐油性能优良；耐生物老化；价格适中。

但现在多使用焦油聚氨酯防水密封胶，易引发污染环境，危害人类身体健康，且不能长期耐热；浅色配方容易受紫外光老化；单组分聚氨酯密封胶贮存稳定性受包装及外界影响较大，通常固化较慢；高温热环境下可能产生气泡和裂纹，急需改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现在多使用焦油聚氨酯防水密封胶，易引发污染环境，危害人类身体健康，且不能长期耐热，浅色配方容易受紫外光老化，单组分聚氨酯密封胶贮存稳定性受包装及外界影响较大，通常固化较慢的问题，提供了一种快速固化聚氨酯防水密封胶及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种快速固化聚氨酯防水密封胶包括以下组分及重量份：100～120份改性聚氨酯预聚体，15～25份木质素，150～250份纳米碳酸钙，15～20份无水乙醇，15～20份甲缩醛，60～80份聚丙二醇，0.2～1.0份紫外线吸收剂，5～12份硅烷偶联剂，0.3～0.5份二月桂酸二丁基锡。

所述改性聚氨酯预聚体为聚醚多元醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与甲苯二异氰酸酯，在二月桂酸二丁基锡和甲苯作用下，交替缩合制备的一种聚硅氧烷-聚醚嵌段聚氨酯密封胶预聚体。

所述各物料的体积份为100～120份聚醚多元醇，160～240份甲苯二异氰酸酯，100～120份二羟基聚二甲基硅氧烷，3.2～3.6份二月桂酸二丁基锡，20～30份甲苯。

所述聚醚多元醇为真空脱水处理2～3h的聚醚多元醇EP330N或聚醚多元醇MN1000中任意一种。

所述紫外线吸收剂为苯并***类紫外线吸收剂。

所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的多种。

所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶的制备方法具体步骤为：

（1）取聚醚多元醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，再加热至100～120℃脱水处理2～3h，冷却至60～70℃，得预处理聚醚多元醇；

（2）向预处理聚醚多元醇中加入甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡，并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，通入氮气至釜内压力为5～8kPa，并加热至70～80℃，保温反应6～8h，冷却至60～70℃，得聚氨酯预聚体；

（3）向聚氨酯预聚体中加入二羟基聚二甲基硅氧烷、甲苯，并加热至70～80℃，保温反应3～4h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体；

（4）取改性聚氨酯预聚体、木质素、纳米碳酸钙、无水乙醇、甲缩醛、聚丙二醇，装入行星搅拌机中真空搅拌20～30min，再加入紫外线吸收剂、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡，继续真空搅拌1～2h，出料密封包装，得快速固化聚氨酯防水密封胶。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明采用二羟基聚二甲基硅氧烷对聚氨酯进行改性，通过控制聚醚多元醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与甲苯二异氰酸酯的交替缩合反应，设计和制备一种聚硅氧烷-聚醚嵌段聚氨酯密封胶预聚体，这种化学途径避免了物理混合方法在高有机硅含量时出现的相分离，而且其湿固化物相对于聚醚聚氨酯固化物具有更好的耐低温和耐热等性能；

（2）本发明利用无水乙醇和甲缩醛作为稀释剂，通过稀释剂快速挥发，使得胶浆黏稠度急速上升，从而阻止密封胶与被粘物体产生相对位移，表现为较高的初始粘接力，无需额外的固定措施，便可以在垂直面上直接进行粘接操作，且随着稀释剂的挥发，胶体内催化剂、活性基团、偶联剂的相对浓度快速上升，使得密封胶固化速度大幅度提高，同时稀释剂挥发时会在胶体中留下微孔，便于空气中水分子的渗入，加速密封胶的深层固化速度；

（3）本发明利用分子链上含有醇羟基、酚羟基、羧基和甲氧基等多种基团的木质素作为功能填料，增强胶浆，降低生产成本，同时能赋予胶浆优异的阻燃性能、抗紫外和抗老化性能。

具体实施方式

取100～120mL聚醚多元醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，再加热至100～120℃脱水处理2～3h，冷却至60～70℃，得预处理聚醚多元醇，向预处理聚醚多元醇中加入160～240mL甲苯二异氰酸酯，3.2～3.6mL二月桂酸二丁基锡，并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，通入氮气至釜内压力为5～8kPa，并加热至70～80℃，保温反应6～8h，冷却至60～70℃，得聚氨酯预聚体，向聚氨酯预聚体中加入100～120mL二羟基聚二甲基硅氧烷，20～30mL甲苯，并加热至70～80℃，保温反应3～4h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体，取100～120g改性聚氨酯预聚体，15～25g木质素，150～250g纳米碳酸钙，15～20g无水乙醇，15～20g甲缩醛，60～80g聚丙二醇，装入行星搅拌机中真空搅拌20～30min，再加入0.2～1.0g紫外线吸收剂，5～12g硅烷偶联剂，0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡，继续真空搅拌1～2h，出料密封包装，得快速固化聚氨酯防水密封胶。

取100mL聚醚多元醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100Pa，再加热至100℃脱水处理2h，冷却至60℃，得预处理聚醚多元醇，向预处理聚醚多元醇中加入160mL甲苯二异氰酸酯，3.2mL二月桂酸二丁基锡，并抽真空至反应釜内真空度为100Pa，通入氮气至釜内压力为5kPa，并加热至70℃，保温反应6h，冷却至60℃，得聚氨酯预聚体，向聚氨酯预聚体中加入100mL二羟基聚二甲基硅氧烷，20mL甲苯，并加热至70℃，保温反应3h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体，取100g改性聚氨酯预聚体，15g木质素，150g纳米碳酸钙，15g无水乙醇，15g甲缩醛，60g聚丙二醇，装入行星搅拌机中真空搅拌20min，再加入0.2g紫外线吸收剂，5g硅烷偶联剂，0.3g二月桂酸二丁基锡，继续真空搅拌1h，出料密封包装，得快速固化聚氨酯防水密封胶。

取110mL聚醚多元醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为500Pa，再加热至110℃脱水处理2h，冷却至65℃，得预处理聚醚多元醇，向预处理聚醚多元醇中加入200mL甲苯二异氰酸酯，3.4mL二月桂酸二丁基锡，并抽真空至反应釜内真空度为500Pa，通入氮气至釜内压力为6kPa，并加热至75℃，保温反应7h，冷却至65℃，得聚氨酯预聚体，向聚氨酯预聚体中加入110mL二羟基聚二甲基硅氧烷，25mL甲苯，并加热至75℃，保温反应3h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体，取110g改性聚氨酯预聚体，20g木质素，200g纳米碳酸钙，18g无水乙醇，18g甲缩醛，70g聚丙二醇，装入行星搅拌机中真空搅拌25min，再加入0.6g紫外线吸收剂，8g硅烷偶联剂，0.4g二月桂酸二丁基锡，继续真空搅拌1h，出料密封包装，得快速固化聚氨酯防水密封胶。

取120mL聚醚多元醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为1000Pa，再加热至120℃脱水处理3h，冷却至70℃，得预处理聚醚多元醇，向预处理聚醚多元醇中加入240mL甲苯二异氰酸酯，3.6mL二月桂酸二丁基锡，并抽真空至反应釜内真空度为1000Pa，通入氮气至釜内压力为8kPa，并加热至80℃，保温反应8h，冷却至70℃，得聚氨酯预聚体，向聚氨酯预聚体中加入120mL二羟基聚二甲基硅氧烷，30mL甲苯，并加热至80℃，保温反应4h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体，取120g改性聚氨酯预聚体，25g木质素，250g纳米碳酸钙，20g无水乙醇，20g甲缩醛，80g聚丙二醇，装入行星搅拌机中真空搅拌30min，再加入1.0g紫外线吸收剂，12g硅烷偶联剂，0.5g二月桂酸二丁基锡，继续真空搅拌2h，出料密封包装，得快速固化聚氨酯防水密封胶。

对照例：东莞某公司生产的聚氨酯防水密封胶。

将实例及对照例的聚氨酯防水密封胶进行检测，具体检测如下：

测试其拉伸强度和断裂伸长率等力学性能和聚氨酯密封胶的吸水率。

具体检测结果如表1。

表1性能表征对比表

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					拉伸强度/MPa	1.70	1.56	1.63	0.96
断裂伸长率/%	558.1	531.2	555.3	174.4
					吸水率/%	30.95	31.88	30.12	9.93

由表1可知，本发明制备的聚氨酯防水密封胶具有优异的力学性能和耐水性，其拉伸强度可达1.70MPa，断裂伸长率可达558.1%，性能指标基本达到聚氨酯建筑防水密封胶标准（JC482-1992）中优等品要求。

Claims (7)

1.一种快速固化聚氨酯防水密封胶，其特征在于，包括以下组分及重量份：100～120份改性聚氨酯预聚体，15～25份木质素，150～250份纳米碳酸钙，15～20份无水乙醇，15～20份甲缩醛，60～80份聚丙二醇，0.2～1.0份紫外线吸收剂，5～12份硅烷偶联剂，0.3～0.5份二月桂酸二丁基锡。

2.如权利要求1所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶，其特征在于，所述改性聚氨酯预聚体为聚醚多元醇和二羟基聚二甲基硅氧烷与甲苯二异氰酸酯，在二月桂酸二丁基锡和甲苯作用下，交替缩合制备的一种聚硅氧烷-聚醚嵌段聚氨酯密封胶预聚体。

3.如权利要求2所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶，其特征在于，所述各物料的体积份为100～120份聚醚多元醇，160～240份甲苯二异氰酸酯，100～120份二羟基聚二甲基硅氧烷，3.2～3.6份二月桂酸二丁基锡，20～30份甲苯。

4.如权利要求2所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶，其特征在于，所述聚醚多元醇为真空脱水处理2～3h的聚醚多元醇EP330N或聚醚多元醇MN1000中任意一种。

5.如权利要求1所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶，其特征在于，所述紫外线吸收剂为苯并***类紫外线吸收剂。

6.如权利要求1所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂1110、硅烷偶联剂1120、硅烷偶联剂KH-560中的多种。

7.如权利要求1～6任意一项所述的一种快速固化聚氨酯防水密封胶的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）取聚醚多元醇装入高压反应釜中，密封并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，再加热至100～120℃脱水处理2～3h，冷却至60～70℃，得预处理聚醚多元醇；

（2）向预处理聚醚多元醇中加入甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡，并抽真空至反应釜内真空度为100～1000Pa，通入氮气至釜内压力为5～8kPa，并加热至70～80℃，保温反应6～8h，冷却至60～70℃，得聚氨酯预聚体；

（3）向聚氨酯预聚体中加入二羟基聚二甲基硅氧烷、甲苯，并加热至70～80℃，保温反应3～4h，冷却至室温出料，得改性聚氨酯预聚体；

（4）取改性聚氨酯预聚体、木质素、纳米碳酸钙、无水乙醇、甲缩醛、聚丙二醇，装入行星搅拌机中真空搅拌20～30min，再加入紫外线吸收剂、硅烷偶联剂、二月桂酸二丁基锡，继续真空搅拌1～2h，出料密封包装，得快速固化聚氨酯防水密封胶。