摘要簡介了生產(chǎn)單組分濕固化PU密封膠的工藝流程，探討了配方工藝調(diào)整與PU密封膠性能指標的關(guān)系,提出了工業(yè)化生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題的解決方法，分析了該產(chǎn)品在中國的市場發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：密封膠、聚氨酯生產(chǎn)工藝、單組分濕氣固化


1、概述

　　隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，許多新型建材獲得了廣泛的應(yīng)用。在建筑密封膠領(lǐng)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(yōu)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(yīng)用發(fā)展十分迅速。

　　聚氨酯建筑密封膠具體應(yīng)用有：混凝土預(yù)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(zhì)結(jié)構(gòu)(如幕墻)的粘貼嵌縫，陽臺、游泳池、浴室等設(shè)施的防水嵌縫，空調(diào)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(yīng)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(zhì)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(yīng)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(yōu)點是使用方便，但也有貯存期較短，對生產(chǎn)用原材料、生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)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(yè)生產(chǎn)中的一些問題。

2、主要生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程

2.1 原材料預(yù)處理設(shè)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?qū)Ｓ煤娓蓹C、過濾設(shè)備等進行處理。

2.2 預(yù)聚物生產(chǎn)設(shè)備

　　預(yù)聚物是單組分密封膠的關(guān)鍵成分，生產(chǎn)設(shè)備為帶有攪拌和加熱冷卻系統(tǒng)的搪瓷或不銹鋼密封反應(yīng)釜，轉(zhuǎn)速約30～60r·min-1。

2.3 制膠設(shè)備

單組分密封膠的粘度很大，因此對制膠設(shè)備的基本要求是：

(1)電機功率足夠大；

(2)攪拌無死角；

(3)釜內(nèi)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(tǒng)和測溫系統(tǒng)；

(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(shè)備。

2.4包裝設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)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(shè)備或軟包裝(鋁塑復(fù)合膜)設(shè)備，此類設(shè)備需要從國外進口。

　　生產(chǎn)或包裝單組分密封膠的工房應(yīng)溫度適宜，相對濕度65％以下。

2.5 生產(chǎn)流程

A一步法：

物料干燥→預(yù)聚物合成→加入助劑→分裝→成品

B分步法：

預(yù)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(yù)聚物

　　預(yù)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(guān)鍵材料。

　　聚醚多元醇一般選用二官能度相對分子質(zhì)量2000～8000的聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇制成的預(yù)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(fù)率很高，低溫柔韌性更優(yōu)異；使用部分聚四氫呋喃聚醚制備的預(yù)聚物力學(xué)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(yù)聚物力學(xué)性能高于普通聚醚合成的預(yù)聚物，這種聚醚國內(nèi)已有少量生產(chǎn)，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(yù)聚物硬度和強度較高，用TDI制得的預(yù)聚物彈性較差，用IPDI制備的預(yù)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(yù)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(chǎn)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(chǎn)品的外觀和強度指標；粒子過細，分散較困難，生產(chǎn)過程中易產(chǎn)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(diào)節(jié)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(yīng)符合：(1)能與-NCO基團反應(yīng)的含活潑氫的物質(zhì)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(fā)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(diào)節(jié)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(jù)需要加入偶聯(lián)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(diào)整原理

4.1 表干時間、固化速度的調(diào)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(yù)聚物合成中NCO/OH的投料比，適當(dāng)提高預(yù)聚物的NCO含量；(2)使用復(fù)合催化劑或適當(dāng)增加催化劑的用量。

4.2 模量的調(diào)整

　　除高強度聚氨酯建筑密封膠外，一般說來，對大多數(shù)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(jié)構(gòu)、分子質(zhì)量、純度，預(yù)聚物的用量、預(yù)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(dāng)?shù)蛘�就可生產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)中的幾個難點

5.1 聚合過程中的凝膠

　　在聚合反應(yīng)過程中反應(yīng)溫度突然自動升高，短短幾分鐘內(nèi)預(yù)聚物變稠，甚至整體變成彈性橡膠狀，整釜預(yù)聚物報廢。導(dǎo)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(zhì)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(yīng)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?qū)е戮植糠磻?yīng)劇烈；(5)原材料不同批次反應(yīng)活性差別大；(6)投料前反應(yīng)釜不清潔干燥，反應(yīng)液面未用干燥的氮氣保護等。只要在生產(chǎn)中注意上述幾點，就可避免凝膠。

5.2 產(chǎn)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(yù)處理；(2)反應(yīng)釜混合效果差，應(yīng)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(yīng)釜內(nèi)無攪拌死角，并且要有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)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(shè)備，盡量脫除這些填料表面吸附的空氣，使粉料與液態(tài)的物料充分濕潤，才能使生產(chǎn)的密封膠產(chǎn)品外觀細膩光亮；(4)配方中某些物料之間的混溶性差，生產(chǎn)出的密封膠出現(xiàn)“雞皮”現(xiàn)象，可使用混溶性好的物料或用某種偶聯(lián)劑處理。(5)控制反應(yīng)釜內(nèi)物料的溫度，反應(yīng)釜應(yīng)有加熱/冷卻系統(tǒng)。

5.3 貯存不穩(wěn)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(yīng)為6個月。這是個難度較大的技術(shù)指標。因為顧名思義，水汽能使該膠固化，所以在生產(chǎn)中必須注意以下環(huán)節(jié)：(1)增塑劑、溶劑或其他液態(tài)物料應(yīng)達到“氨酯級”，所謂“氨酯級”是以異氰酸酯當(dāng)量為主要指標，即消耗1 ml的-NCO基需溶劑或增塑劑的克數(shù)，該值必須大于2500，否則必須經(jīng)過預(yù)處理合格后才能使用；(2)固體物料應(yīng)烘干處理，使水分含量越低越好。干燥好的物料應(yīng)盡快使用，最好隨烘隨用，避免物料再次吸潮；(3)預(yù)聚物最好隨生產(chǎn)隨用，預(yù)聚物長期貯存過程中-NCO含量會降低，并變粘稠，導(dǎo)致貯存期變短；(4)制膠設(shè)備應(yīng)有干燥的氮氣保護，加料要迅速，打開釜蓋刮膠的次數(shù)不宜過多，盡量減少預(yù)聚物、密封膠接觸空氣的時間；(5)生產(chǎn)工房應(yīng)有調(diào)溫調(diào)濕系統(tǒng)。無論是制膠還是分裝工房的溫度、濕度都應(yīng)基本恒定。(6)單組分密封膠的包裝不宜用塑料管或復(fù)合紙管，應(yīng)使用鋁管包裝、鋁塑復(fù)合膜軟包裝或不同規(guī)格的金屬桶內(nèi)襯薄膜充氮氣包裝，必要時在封蓋內(nèi)放入干燥劑。

6 市場前景及發(fā)展方向

　　近年來，隨著建筑材料的更新?lián)Q代，設(shè)計和施工技術(shù)的進步，建筑質(zhì)量標準的提高，對建筑密封膠的質(zhì)量要求越來越高，市場需求量也大幅度增加。據(jù)資料介紹，目前建筑密封膠在美國的年產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的完善也會逐漸進入市場，市場前景日益廣闊。