HMDI制备室温固化聚氨酯电子封装胶

何杰勇

摘   要：以不黄变和低挥发性的HMDI作为聚氨酯硬段的主体，以此制备端基为NCO的预聚体作为固化剂部分，配合以聚醚多元醇为主体制备的主剂部分，制备出能适用于户外光电电子设备并且室温固化的聚氨酯封装胶。探讨了HMDI在聚氨酯封装胶中应用的优势，并研究配方中各组分的类型和比例如何达到最佳的使用效果。

关键词：HMDI;封装胶;户外适应

1    电子设备发展概述

目前应用在户外的电子设备越来越多，这些均需要各种的封装胶进行封装，起到保护电子器件、绝缘、阻燃、扩散光线等作用。使用于户外的封装胶，需要具有良好的耐候，抗沖击等性能。聚氨酯（PU）作为橡塑弹性体，具有耐水、耐酸、韧性好和密封性佳等诸多优点，能很好地满足户外光电设备的封装要求[1]。然而，传统的制备PU材料的MDI和HDI均存在各自的问题，MDI由于存在苯环结构，其与多元醇的反应速率极快，并容易受光线影响黄变。HDI属于脂肪族，具有优异的耐黄变性能，但是HDI的蒸汽压大，气味刺鼻，对工作环境污染严重，对人体伤害大，并且所制备的PU材料脆性也较大。因此，选择HMDI进行封装胶的制备[2]。HMDI可看成是MDI的苯环被环己烷取代，没有了苯环的双键结构，属于脂肪族结构，具有优良的耐黄变结构;缺少苯环的吸电子作用，其反应活性大大降低，所制备的封装胶更具备可操作性[3];HMDI的挥发性低，基本没有气味，对人体伤害低，符合安全环保的要求。但使用HMDI也存在室温下固化时间长，后固化不完全，容易与空气中的水分反应产生气泡等问题，须在配方调整中进行解决[4]。

2    实验原料

聚醚多元醇，工业级（330G，PPG1000），山东蓝星东大化工有限责任公司;HMDI，HDI三聚体，工业级，万华化学集团股份有限公司;TMP，工业级，中国石油天然气股份有限公司;1，4-BD，分析纯，上海展云化工有限公司;消泡剂，市售各类消泡剂;催化剂，市售各类PU催化剂;UV吸收剂，抗老化剂，工业级，市售;DOA，工业级，市售。

3    实验制备工艺

3.1  固化剂预聚体的制备

在有冷凝管和温度计的四口烧瓶中加入计量的HMDI和PPG1000，加热到内温至65 ℃，加入催化剂，温度保持65～75 ℃反应4 h，降温，加入少量HDI三聚体，最后加入DOA，搅拌均匀出料。

3.2  主剂的制备

330G于110 ℃真空干燥箱中脱水2 h，在有冷凝管和温度计的四口烧瓶中加入计量的330G，加热到内温至70 ℃，加入计量的1，4-BD，TMP，UV吸收剂，抗老化剂，恒温搅拌至粉料溶解完全，降温至室温，加入消泡剂和催化剂，搅拌均匀后出料。

3.3  固化块的制备

将主剂和固化剂按固定比例混合，搅拌均匀，真空脱泡，称取20 g倒入模杯中，室温固化，得到固化块进行性能测试。

4    测试与表征

黏度：按照GB/T 2794—1995，采用旋转黏度计进行测定。

硬度：按照GB/T 533.1—2008，采用邵氏A硬度计进行测定。

红外光谱：采用岛津affinity-1傅里叶变换红外光谱仪进行测试。

耐候性：按照GB/T 16422.2—2014，使用人工气候老化（方法A）的第一种循环方法进行测试，比色卡对照黄变等级。

双沸试验：将固化胶体放于100 ℃，湿度为100%的恒温恒湿箱中，以硬度下降50%为双沸试验不合格的标准，记录所经历的时间。可通过该实验了解材料的耐水性能。

5    结果与讨论

5.1  HMDI与PPG1000的比例

HMDI与PPG1000在加热的条件下反应制备预聚体，成品中必然是预聚体与HMDI单体共存，不同比例的反应会影响最终的黏度，黏度过高，混合液气泡难以去除，封装操作也难以进行;表1显示了不同比例（物质的量比）物料反应得出的最终产物的黏度。

从表1可看出，HMDI∶PPG1000的比例最好为5∶1～4∶1，继续增加PPG1000的比例，其黏度会出现明显的上升，难以适应封装的操作。

5.2  催化剂的选用

催化剂的添加量一般在0.05%～0.20%，用量虽少，但起到至关重要的作用。由于HMDI为低活性的脂肪族异氰酸酯，没有催化剂的存在与多元醇的反应极慢;催化剂的添加量会直接影响PU的固化速率。

使用传统的有机锡类催化剂不仅不环保，而且催化异氰酸酯与水反应的速率高于异氰酸酯与醇反应的速率，固化过程中极易与水分反应产生气泡，影响固化物性能。经过筛选，选用市售的具有靶向特性的催化剂—广州优润合成材料有限公司的CUCAT-TM，该催化剂为有机铋锌催化剂，具有不催化微量水和异氰酸酯反应的特性，而且具有热敏性能，前期混合放热少，反应慢，给予充足的可操作时间，随着后期发热增加，反应加快，满足后固化要求[5]。

使用该催化剂，可以有效减少固化物出现气泡的问题，但其添加量对可使用时间和固化情况仍起至关重要的作用。表2显示了不同催化剂添加量对混合物可使用时间和固化情况的影响。

由表2可见，由于HMDI的活性偏低，需要大量的催化剂才能达到较理想的固化效果。添加量为0.25%时，考虑到65 min的可使用时间，作为双组分的PU封装胶已经是较优异的表现了，4.5 h的不流动时间也能满足一般的施工效率，24 h也已经达到较理想的硬度，因此，该添加量为最优添加量。

5.3  IR表征

从图1可见，固化物不存在1 450～1 650cm﹣1和650～900cm﹣1的苯环特征峰，也不存在普通碳碳双键在1 620～1 680cm﹣1的吸收峰，证明该固化物具有优异的耐光照老化黄变性能;而且可看到1 075cm﹣1附近的脂肪醚吸收峰，并没有1 715～1 751cm﹣1的酯键吸收峰，表明该固化物具有优异的耐水解性能。

5.4  耐候耐黄变性能

经过按照GB/T 16422.2—2014标准，使用标准中人工气候老化（方法A）的第一种循环方法进行测试。固化物的性能差异如表3所示。

测试结果显示，固化物经过耐候测试，其颜色变化极少，硬度也没有明显下降，证明该材料的耐候、耐黄变性能优异。

5.5  耐水解性能

对混合固化物进行双沸试验，固化物从原来的硬度53 A下降50%到26 A左右，共用时12 d，耐水解性能十分优异。

6    结语

（1）采用HMDI制备封装胶固化剂，配合聚醚多元醇制备的双组分PU封装胶具有优异的耐候、耐水解性能，能满足户外各种电子设备的使用要求。

（2）使用HMDI反应制备固化剂，其与PPG1000的比例在4∶1～5∶1，固化剂黏度最符合使用要求。

（3）催化剂的量至关重要，催化剂量占主剂总量的0.25%时，固化反应最符合使用要求。

[参考文献]

[1]李绍雄，刘益军.聚氨酯胶粘剂[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]张   蕾.双组分聚氨酯密封胶的制备及性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[3]杨再军，杨武利，吴海平.电子封装用聚氨酯灌封胶的研制[J].中国胶粘剂，2016，25（6）：30-34.

[4]安佳丽，周正发，王洁玲，等.导热聚氨酯灌封胶的研制[J].聚氨酯工业，2012，27（5）：35-37.

[5]酒永斌，罗运军，葛   震，等.IPDI基和HMDI基热塑性聚氨酯弹性体的合成与性能[J].高分子材料科学与工程，2011，27（3）：19-22.