单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备

2013-05-14 00:54王德鹏
当代化工 2013年3期
关键词:单组分多元醇聚醚

王德鹏,杨 猛,冯 艳

(抚顺哥俩好化学有限公司, 辽宁 抚顺 113217)

聚氨酯(PU)泡沫填缝剂是一种将聚氨酯预聚体、催化剂及气体抛射剂灌装于同一个耐压的铁制气雾罐中的单组分产品[1],施工时通过配套施胶枪或手动喷管将气雾状胶体喷射至待施工部位,通过湿气固化短期完成成型、发泡、粘结和密封过程,其固化泡沫弹性体具有粘结、防水、耐热胀冷缩、隔热、隔音、甚至阻燃(限阻燃型)等优良性能,广泛用于建筑门窗边缝、构件伸缩缝及孔洞处的填充、密封[2-6]。

随着国家住宅建设快速发展和家居条件不断改善,人们对建筑工程质量要求愈来愈高,塑钢门窗、铝合金门窗、管道洁具、新型墙体及屋顶瓦片的应用越来越广泛[7],而在这些方面的安装上,建设部规定,铝合金和塑钢门窗安装中墙体与门窗的缝隙必须采用软材料填充,连接应采用弹性连接。单组分聚氨酯泡沫填缝剂具有良好的粘结力和有优异的弹性[8],可自行发泡并可随时使用泡沫填充材料。现在已经得到广泛应用和认可,随着建筑质量要求的提高和节能降耗型建筑物的推广,该类产品的用量今后还将稳步增长。

目前市场上使用的产品存在尺寸稳定性不好、强度低及低温泡沫性能差等缺点,为解决这些问题,本文针对组和聚醚比例、催化剂用量、阻燃剂用量及异氰酸根与羟基的摩尔比对产品性能的影响进行了深入研究,制得了综合性能优异的单组分聚氨酯泡沫填缝剂产品。

1 实验部分

1.1 原料及试剂

聚醚多元醇TMN-450,工业级,天津石化三厂;聚醚多元醇 Tdoil-1000,工业级,天津石化三厂;三(2-氯丙基)磷酸酯(TCPP),工业级,江苏常余化工有限公司;二吗啉基二乙基醚 DMDEE,工业级,上海雨田化工有限公司;多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI),工业级,拜耳中国有限公司(上海);匀泡剂 8830,工业级,南京德美世创化工有限公司;二甲醚,工业品,上海瑞化化工有限公司;丙丁烷,工业品,濮阳市中炜精细化工有限公司。

1.2 单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备

1.2.1 白料的制备

将混合聚醚和阻燃剂加入反应容器中,搅拌、升温,在105 ℃下减压保温1 h,然后降温到50 ℃,加入匀泡剂、催化剂,搅拌15 min,得到白料。

1.2.2 泡沫填缝剂的制备

利用气雾剂灌装机在耐压包装罐中依次灌入白料、多亚甲基多苯基异氰酸酯、二甲醚、丙丁烷,通过摇床摇晃10 min,在室温下放置24 h即得成品。

1.3 性能测试

1.3.1 尺寸稳定性

按GB/T 8811规定进行:试验条件为(23±2)℃,制样后72 h测试。

1.3.2 拉伸粘接强度

按标准 JC 936 2004规定进行:测试材料为LD30铝合金板,尺寸为 75 mm×50 mm,厚度为 5 mm。试片粘接后在标准条件下放置7 d,测试强度。

2 结果与讨论

2.1 聚醚配比对填缝剂的影响

单组分聚氨酯泡沫填缝剂的主要成分是聚氨酯预聚体,它是由异氰酸酯与聚醚反应而成的,以异氰酸根基团封端的低分子量齐聚物,当预聚体从罐内喷出后,与空气中的水分接触,预聚体中的异氰酸根与水反应,生成脲键,从而产生分子链的增长与交联,形成网状结构,使材料发生固化[9]。泡沫交联度的大小直接影响到泡沫制品的性能,而它的大小与使用的聚醚多元醇和多异氰酸酯的分子量及官能度有关,其中尤以多元醇最为重要,因而只要调节不同多元醇原料的分子量和官能度就能控制制品的交联密度,得到性能优异的产品。

本文采用的聚醚多元醇由2种型号组合而成,分别是3官能度TMN-450和2官能度的Tdoil-1000。在其它条件保持不变的情况下,研究了2种聚醚多云醇不同比例对填缝剂性能的影响,实验结果见图1和表1。

图1 TM N-450含量对粘接强度的影响Fig.1 Effect of TMN-450 content on adhesive strength

由图1可知:产品的粘接时间随着组合聚醚中TMN-450含量的增加先上升后下降。这是因为当TMN-450含量过多时交联密度过大,泡沫脆、与基材粘接效果不好;当 TMN-450含量过低时交联密度过低,泡沫很软、无强度。TMN-450与Tdoil-1000的摩尔比最佳范围是在40%~60%之间。

表1 聚醚对泡沫填缝剂性能的影响Table1 Effect of polyether on performance of sealant

由表1可知:随着TMN-450含量增加,产品的体系粘度变大,泡沫硬度增加大、尺寸稳定性好;反之TMN-450含量变小,则产品的体系粘度变、所得泡沫软、尺寸稳定性差。综合考虑,TMN-450与Tdoil-1000的摩尔比最佳值是在60/40~40/60之间。

2.2 催化剂量对泡沫填缝性能的影响

单组分聚氨酯泡沫填缝剂是将聚氨酯预聚体与催化剂、发泡剂等原料混合装在一个高压密封罐中的特殊发泡体系。所以所选用的催化剂在保证具有较强的催化作用的同时对聚氨酯预聚物体系的贮存稳定性应无明显影响。目前,二吗啉基二乙基醚(DMDEE)是应用最普遍且效果最理想的催化剂。本文在其它条件不变的情况下考察了DMDEE加入量(相对于聚醚多元醇质量)对泡沫填缝剂表干时间的影响,结果如图2所示。

图2 产品表干时间随着催化剂用量的变化情况Fig.2 Relationship between catalyst content and surface drying time

由图2可知:产品的表干时间随催化剂用量增加而缩短,根据实际施工的操作要求,确定DMDEE的加入量在2%~2.5%之间。

2.3 阻燃剂加入量对泡沫性能的影响

阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料中除了具有阻燃性能外,还起到增塑剂的作用,对产品的尺寸稳定性、泡孔、发泡倍数等性能都有很大影响。本实验选用磷酸三(2-氯丙基)磷酸酯(TCPP)作为阻燃剂,表2列出了在其它条件不变的情况下,不同 TCPP加入量对泡沫填缝剂性能的影响。

表2 TCPP加入量对填缝剂性能的影响Table 2 Effect of TCPP content on performance of sealant

由表 2可知:TCPP加入量过低时,体系的黏度太大,不利于喷出,而加入量过高时,体系的粘度过低,在往基材上喷胶是飞溅严重。综合 TCPP加入量对表干时间、泡孔及尺寸稳定性的影响,确定TCPP的加入量在12%~18%之间。

2.4 异氰酸根与羟基摩尔比对产品性能的影响

在聚醚组成、异氰酸酯种类确定的情况下,二者的比例对产品的表干时间、喷出性、泡孔、发泡倍速及尺寸稳定性都有很大影响,用R代表异氰酸根与羟基的摩尔比,实验结果列于表3。

表3 TCPP加入量对填缝剂性能的影响Table 3 Effect of TCPP content on performance of sealant

由表3可知:随着异氰酸根与羟基摩尔比的增大,泡沫的低温性能变差,当比值超过4.4时泡沫开始变脆,甚至变渣而失去强度。综合异氰酸根与羟值摩尔比对其它性能的影响,确定其最佳比值为4~4.2之间。

3 结 论

(1)确定了制备单组分聚氨酯泡沫填缝剂的最佳配比为:聚醚TMN-450与Tdoil-1000的摩尔比在40%~60%之间;DMDEE的加入量在2%~2.5%之间;TCPP的加入量在12%~18%之间;异氰酸根与羟值摩尔比在4~4.2之间。

(2)我们制备的单组分聚氨酯泡沫填缝剂尺寸稳定性好,低温条件下泡沫性能优异,粘接强度可达到120 kPa,具有优异的综合性能。

[1]狄超. 聚醚多元醇对单组分聚氨酯泡沫填缝剂性能的影响[J]. 聚氨酯工业, 2003, 18(1): 19-21.

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

[3]丁苏华, 段林丽. 单组分聚氨酯泡沫填缝剂的性能及测试方法研究[J]. 新型建筑材料, 2003(10): 1-4.

[4]陈文驹. 铝合金窗边防渗漏的探讨[J].中国建筑金属结构. 2008(8):21-22.

[5]戴家兵, 许戈文, 熊潜生. 单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备[J]. 气雾剂通讯, 2001(2): 5-8.

[6]王伟, 于剑昆. 单组分聚氨酯泡沫填缝剂研究进展[J]. 聚氨酯工业,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.

[8]毛建军. 单组分聚氨酯泡沫填缝剂的现状及进展[J].气雾剂通讯,2001(6): 29-33.

[9]朱吕民, 刘益军. 聚氨酯泡沫塑料[M]. 北京: 化学工业出版社, 2008.

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