中空玻璃用单组分聚氨酯密封胶的制备及应用

陈 淼，张 勇，陆瑜 ，刘亚琼，李 瑶

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001）

中空玻璃用单组分聚氨酯密封胶的制备及应用

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001）

以4，4´-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和聚醚多元醇制备了单组分聚氨酯预聚体。按照配方量将预聚体、填料、增塑剂、偶联剂和催化剂等物质混合，经真空搅拌得到单组分聚氨酯密封胶。单组分聚氨酯密封胶与第1道密封材料（丁基密封胶）的相容性良好。用该密封胶与底涂剂配套使用时，对玻璃和铝具有良好的粘接效果。

中空玻璃；单组分；聚氨酯；密封胶

中空玻璃是2层或多层玻璃，以内部充满高效分子筛吸附剂的方法将铝框间的有效支撑均匀隔开[1]，是周边被粘接或焊接密封，玻璃层间填充干燥气体或惰性气体的玻璃制品，其具有隔热保温、隔音降噪、节能、降低结点和露点等优良性能[2，3]，因此，中空玻璃的应用越来越广泛，其质量问题也备受关注。

目前，我国中空玻璃存在的问题主要是寿命较短、质量没有保证，在经过长时间使用后，内部易出现结露、结霜和进水等现象，即使玻璃没有破碎，但失去了其应有的作用[4]。产生这种现象的原因主要是中空玻璃密封胶失效。

对于中空玻璃的密封，多数厂家采用二道密封法。第1道密封胶主要使用具有低水蒸气渗透率的丁基胶，这主要起阻断外界水气的作用[5]；第2道密封主要使用聚硫密封胶、聚氨酯密封胶和有机硅密封胶，这主要起结构性粘接的作用，即在外界环境发生变化（如高湿度和紫外线照射下）时，仍能保持中空玻璃的结构整体性和功效不被破坏。聚硫胶在使用过程中有刺激性臭味，污染环境且有损身体健康；硅酮胶虽然粘接性能较好，耐热和耐候性优良，但缺点是强度不足，无法长时间承受外界压力且蒸汽渗透率较高，易起雾，造成中空玻璃的失效[6，7]。

聚氨酯密封胶是指在分子中含有氨基甲酸酯基团的密封胶[8]，这种密封胶具有强度较高、抗撕裂、对基材不污染、耐磨抗穿刺及蒸汽透过率较低等优点，已在中空玻璃的应用中脱颖而出并大量使用[9]。聚氨酯密封胶根据使用方式分为双组分聚氨酯密封胶和单组分聚氨酯密封胶，其中双组分聚氨酯密封胶在使用时可根据要求调节混胶比例，以获得合适性能，且固化速率较快；单组分聚氨酯密封胶具有包装成本较低、施工方便等特点[10，11]。

相比于硅酮胶和聚硫胶，单组分聚氨酯密封胶具有优良的低温柔软性、良好抗疲劳复原性，更适合用在动态接缝中。随着我国高铁的提速，单组分聚氨酯密封胶的高强度特点可使高铁的中空玻璃抵抗更大的风压变形，而且单组分聚氨酯密封胶不含溶剂，满足环保要求，是较为理想的中空玻璃密封材料。

1 实验部分

1.1 原料

4，4´-二 苯 基 甲 烷 二 异 氰 酸 酯（MDI），工业级，烟台万华公司；聚醚多元醇330 N（Mn为4 800±100，羟 值 为33～37 mgKOH/g），山东蓝星东大化工有限责任公司；聚醚多元醇MN1000（Mn为1 000±100，羟值为163～173 mgKOH/g），山东蓝星东大化工有限责任公司；邻苯二甲酸二辛酯（DOP），工业级，山东齐鲁增塑剂股份有限公司；γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（A-187），分析纯，南京全希化工有限公司；二丁基二氯化锡，分析纯，海门久生化工有限公司；炭黑，工业级，天津宝驰化工科技有限公司；纳米级碳酸钙，工业级，诺兰新材料科技有限公司。

1.2 仪器及设备

MSG-LP2型双行星搅拌釜，上海铭施机电设备有限公司；CMT6000 型万能拉力机，SANS 公司；WC-H-544W型恒温恒湿试验箱，东莞市炜晨仪器设备有限公司。

1.3 单组分聚氨酯密封胶的制备

按配比将聚醚多元醇加入到干燥的四口烧瓶中，在-0.1 MPa、100 ℃下机械搅拌2 h并进行真空脱水；调节温度至70～75 ℃，再放入一定量的MDI和催化剂，反应一段时间后，得到单组分聚氨酯预聚体，密封保存。

将一定配比的单组分聚氨酯预聚体、DOP混合均匀后，加入炭黑、纳米级碳酸钙和A-187等，在真空条件下搅拌2 h，得到黑色均质膏状的单组分聚氨酯密封胶，密封保存备用。

1.4 性能测试

（1）相容性：按照GB 16776—2005标准[12]进行测试。

（2）剪切强度：按照GB/T 7124—2008标准[13]，采用万能拉力机进行测试。

（3）老化性能：按照HG/T 4363—2010标准[14]进 行 测 试 。

2 结果与讨论

2.1 相容性

在标准条件下养护7 d后，观察聚氨酯胶的固化情况，结果如图1所示。由图1可以观察到，样件经紫外老化后，使用工具刀在聚氨酯胶与基材粘接处切开，并扯拉聚氨酯胶使之剥离，结果如图2所示。

图1 标准条件下相容性实验结果Fig.1 Result of compatibility test under standard condition

图2 紫外老化对相容性实验的影响Fig.2 Effect of ultraviolet aging on compatibility test

由图1和图2可知：在标准条件下养护后，聚氨酯密封胶完全固化，且丁基密封胶也未出现流淌现象；经紫外老化后，丁基密封胶仍未出现流淌现象，且聚氨酯密封胶为100%内聚破坏，与基材粘接良好，说明2种密封胶同时使用时互不影响，相容性良好。

2.2 粘接及老化

在标况和不同老化条件下的实验结果如表1所示。

表1 粘接及老化实验结果Tab.1 Results of bonding and aging tests

由表1可知：除高温高湿条件下，剪切强度均出现下降趋势，破坏形式除了使用70℃、95%相对湿度、300 h的试样为90%内聚破坏外，其余条件均为100%内聚破坏，且剪切强度除了70 ℃、95%相对湿度、300 h的试样，一般均在3.5 MPa以上。经过90 ℃/300 h和120 ℃/3 h老化后，强度反而增大，这是因为在高温状态下，密封胶中游离的—NCO基团与氨基甲酸酯键发生反应生成脲基甲酸酯，甚至与所得脲基甲酸酯继续反应生成缩二脲，这在一定程度上增加了交联度，提高了 剪 切 强 度[15]。

2.3 底涂剂使用方式对粘接性能的影响

在实际使用时，由于制备中空玻璃的流程较快，在基材施用底涂剂后的停留时间不允许太长，因此考查了底涂剂使用方式对粘接性能的影响。将活化剂涂于铝和玻璃基材后，静置2 min或5 min，然后涂底漆，又设定静置时间为2 min、5 min和10 min，最后使用单组分聚氨酯胶制备剪切试片，粘接面积为12.5 mm×25 mm，胶层厚度为6 mm。将该试片在标准条件下养护7 d后测定剪切强度，结果如表2所示。

由表22可知：当涂活化剂后，静置时间不变，适当延长涂底漆后的静置时间，剪切强度会出现增大现象，但增幅不大。各种静置时间下的使用方式，对破坏形式的影响均为内聚破坏。因此，在实际使用过程中，可选择涂活化剂后静置2 min，然后涂底漆，静置2 min后即可打胶，这能大大缩短等待时间，提高施工效率。

表2 底涂剂使用方式对粘接性能的影响Tab.2 Effect of using way of primer on bonding performance

3 结论

以 4，4´-二 苯 基 甲 烷 二 异 氰 酸 酯（MDI）和聚醚多元醇制备了单组分聚氨酯密封胶。在该单组分聚氨酯密封胶与丁基密封胶共同使用时，2者均能正常固化，说明相容性良好；该单组分聚氨酯密封胶与底涂剂配套使用时，在标况下或经过40 ℃浸水/72 h、[70 ℃，95（RH）%]/300 h、90 ℃/300 h和120 ℃/3 h等条件老化后，粘接性能均良好，剪切强度约为3.5 MPa左右；考查了底涂剂使用方式对粘接性能的影响，发现该单组分聚氨酯密封胶可在较短的底涂剂停留时间内施工。

本研究制备的单组分聚氨酯密封胶具有无溶剂、安全环保、高强度、耐老化、施工效率较高且与中空玻璃第1道密封材料相容性良好等优点，可替代硅酮和聚硫密封胶用在中空玻璃的生产中，尤其是在高速发展的轨道交通中具有良好的应用前景。

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[9]余建平.单组分聚氨酯密封胶及其应用[J].中国建筑防水,2008,17(9):19-22.

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[12]GB16776—2005 建筑用硅酮结构密封胶[S].

[13]GB/T 7124—2008胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）[S].

[14]HG/T 4363-2010汽车车窗玻璃用单组分聚氨酯胶粘剂[S].

[15]李绍雄.聚氨酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2002.

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Abstract：The one-component prepolymer was prepared with diphenylmethane-4,4’-diisocyanate(MDI) and polyether polyol as the main raw matrerials in this paper. The prepolymer, fillers, plasticizer, coupling agent and catalyst were mixed according to the formulation, followed by stirring under the vacuum condition to obtain the polyurethane sealant. The polyurethane sealant exhibits good compatibility with the primary sealing material of butyl sealant. The cooperative use of the polyurethane sealant and the primer has favorable bonding performance to aluminum and glass.

Key words：insulating glass; one-component; polyurethane (PU); sealant

Preparation and application of one-component polyurethane sealant in insulating glass

CHEN Miao, ZHANG Yong, LU Yu-chong, LIU Ya-qiong, LI Yao
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450001, China)

TQ436+.6 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2017）08-0061-04

2017-02-08

陈淼（1988-），男，硕士，主要从事有机合成和高分子材料的研究。E-mail：cmzzu@sina.com。

李瑶（1977-），女，硕士，主要从事有机合成和高分子材料的研究。E-mail：lyzzu1996@163.com。