單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備

王德鵬，楊 猛，馮 艷

（撫順哥倆好化學有限公司， 遼寧 撫順 113217）

聚氨酯（PU）泡沫填縫劑是一種將聚氨酯預聚體、催化劑及氣體拋射劑灌裝于同一個耐壓的鐵制氣霧罐中的單組分產品[1]，施工時通過配套施膠槍或手動噴管將氣霧狀膠體噴射至待施工部位，通過濕氣固化短期完成成型、發泡、粘結和密封過程，其固化泡沫彈性體具有粘結、防水、耐熱脹冷縮、隔熱、隔音、甚至阻燃（限阻燃型）等優良性能，廣泛用于建筑門窗邊縫、構件伸縮縫及孔洞處的填充、密封[2-6]。

隨著國家住宅建設快速發展和家居條件不斷改善，人們對建筑工程質量要求愈來愈高，塑鋼門窗、鋁合金門窗、管道潔具、新型墻體及屋頂瓦片的應用越來越廣泛[7]，而在這些方面的安裝上，建設部規定，鋁合金和塑鋼門窗安裝中墻體與門窗的縫隙必須采用軟材料填充，連接應采用彈性連接。單組分聚氨酯泡沫填縫劑具有良好的粘結力和有優異的彈性[8]，可自行發泡并可隨時使用泡沫填充材料。現在已經得到廣泛應用和認可，隨著建筑質量要求的提高和節能降耗型建筑物的推廣，該類產品的用量今后還將穩步增長。

目前市場上使用的產品存在尺寸穩定性不好、強度低及低溫泡沫性能差等缺點，為解決這些問題，本文針對組和聚醚比例、催化劑用量、阻燃劑用量及異氰酸根與羥基的摩爾比對產品性能的影響進行了深入研究，制得了綜合性能優異的單組分聚氨酯泡沫填縫劑產品。

1 實驗部分

1.1 原料及試劑

聚醚多元醇TMN-450，工業級，天津石化三廠；聚醚多元醇 Tdoil-1000，工業級，天津石化三廠；三（2-氯丙基）磷酸酯（TCPP），工業級，江蘇常余化工有限公司；二嗎啉基二乙基醚 DMDEE，工業級，上海雨田化工有限公司；多亞甲基多苯基異氰酸酯（PAPI），工業級，拜耳中國有限公司（上海）；勻泡劑 8830，工業級，南京德美世創化工有限公司；二甲醚，工業品，上海瑞化化工有限公司；丙丁烷，工業品，濮陽市中煒精細化工有限公司。

1.2 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備

1.2.1 白料的制備

將混合聚醚和阻燃劑加入反應容器中，攪拌、升溫，在105 ℃下減壓保溫1 h，然后降溫到50 ℃，加入勻泡劑、催化劑，攪拌15 min，得到白料。

1.2.2 泡沫填縫劑的制備

利用氣霧劑灌裝機在耐壓包裝罐中依次灌入白料、多亞甲基多苯基異氰酸酯、二甲醚、丙丁烷，通過搖床搖晃10 min，在室溫下放置24 h即得成品。

1.3 性能測試

1.3.1 尺寸穩定性

按GB/T 8811規定進行：試驗條件為（23±2）℃，制樣后72 h測試。

1.3.2 拉伸粘接強度

按標準 JC 936 2004規定進行：測試材料為LD30鋁合金板，尺寸為 75 mm×50 mm,厚度為 5 mm。試片粘接后在標準條件下放置7 d，測試強度。

2 結果與討論

2.1 聚醚配比對填縫劑的影響

單組分聚氨酯泡沫填縫劑的主要成分是聚氨酯預聚體，它是由異氰酸酯與聚醚反應而成的，以異氰酸根基團封端的低分子量齊聚物，當預聚體從罐內噴出后，與空氣中的水分接觸，預聚體中的異氰酸根與水反應，生成脲鍵，從而產生分子鏈的增長與交聯，形成網狀結構，使材料發生固化[9]。泡沫交聯度的大小直接影響到泡沫制品的性能，而它的大小與使用的聚醚多元醇和多異氰酸酯的分子量及官能度有關，其中尤以多元醇最為重要，因而只要調節不同多元醇原料的分子量和官能度就能控制制品的交聯密度，得到性能優異的產品。

本文采用的聚醚多元醇由2種型號組合而成，分別是3官能度TMN-450和2官能度的Tdoil-1000。在其它條件保持不變的情況下，研究了2種聚醚多云醇不同比例對填縫劑性能的影響，實驗結果見圖1和表1。

圖1 TM N-450含量對粘接強度的影響Fig.1 Effect of TMN-450 content on adhesive strength

由圖1可知：產品的粘接時間隨著組合聚醚中TMN-450含量的增加先上升后下降。這是因為當TMN-450含量過多時交聯密度過大，泡沫脆、與基材粘接效果不好；當 TMN-450含量過低時交聯密度過低，泡沫很軟、無強度。TMN-450與Tdoil-1000的摩爾比最佳范圍是在40%～60%之間。

表1 聚醚對泡沫填縫劑性能的影響Table1 Effect of polyether on performance of sealant

由表1可知：隨著TMN-450含量增加，產品的體系粘度變大，泡沫硬度增加大、尺寸穩定性好；反之TMN-450含量變小，則產品的體系粘度變、所得泡沫軟、尺寸穩定性差。綜合考慮，TMN-450與Tdoil-1000的摩爾比最佳值是在60/40～40/60之間。

2.2 催化劑量對泡沫填縫性能的影響

單組分聚氨酯泡沫填縫劑是將聚氨酯預聚體與催化劑、發泡劑等原料混合裝在一個高壓密封罐中的特殊發泡體系。所以所選用的催化劑在保證具有較強的催化作用的同時對聚氨酯預聚物體系的貯存穩定性應無明顯影響。目前，二嗎啉基二乙基醚（DMDEE）是應用最普遍且效果最理想的催化劑。本文在其它條件不變的情況下考察了DMDEE加入量（相對于聚醚多元醇質量）對泡沫填縫劑表干時間的影響，結果如圖2所示。

圖2 產品表干時間隨著催化劑用量的變化情況Fig.2 Relationship between catalyst content and surface drying time

由圖2可知：產品的表干時間隨催化劑用量增加而縮短，根據實際施工的操作要求，確定DMDEE的加入量在2%～2.5%之間。

2.3 阻燃劑加入量對泡沫性能的影響

阻燃劑在聚氨酯泡沫塑料中除了具有阻燃性能外，還起到增塑劑的作用，對產品的尺寸穩定性、泡孔、發泡倍數等性能都有很大影響。本實驗選用磷酸三(2-氯丙基)磷酸酯（TCPP）作為阻燃劑，表2列出了在其它條件不變的情況下，不同 TCPP加入量對泡沫填縫劑性能的影響。

表2 TCPP加入量對填縫劑性能的影響Table 2 Effect of TCPP content on performance of sealant

由表 2可知：TCPP加入量過低時，體系的黏度太大，不利于噴出，而加入量過高時，體系的粘度過低，在往基材上噴膠是飛濺嚴重。綜合 TCPP加入量對表干時間、泡孔及尺寸穩定性的影響，確定TCPP的加入量在12%～18%之間。

2.4 異氰酸根與羥基摩爾比對產品性能的影響

在聚醚組成、異氰酸酯種類確定的情況下，二者的比例對產品的表干時間、噴出性、泡孔、發泡倍速及尺寸穩定性都有很大影響，用R代表異氰酸根與羥基的摩爾比，實驗結果列于表3。

表3 TCPP加入量對填縫劑性能的影響Table 3 Effect of TCPP content on performance of sealant

由表3可知：隨著異氰酸根與羥基摩爾比的增大，泡沫的低溫性能變差，當比值超過4.4時泡沫開始變脆，甚至變渣而失去強度。綜合異氰酸根與羥值摩爾比對其它性能的影響，確定其最佳比值為4～4.2之間。

3 結 論

（1）確定了制備單組分聚氨酯泡沫填縫劑的最佳配比為：聚醚TMN-450與Tdoil-1000的摩爾比在40%～60%之間；DMDEE的加入量在2%～2.5%之間；TCPP的加入量在12%～18%之間；異氰酸根與羥值摩爾比在4～4.2之間。

（2）我們制備的單組分聚氨酯泡沫填縫劑尺寸穩定性好，低溫條件下泡沫性能優異，粘接強度可達到120 kPa，具有優異的綜合性能。

［1］狄超. 聚醚多元醇對單組分聚氨酯泡沫填縫劑性能的影響[J]. 聚氨酯工業, 2003, 18(1): 19-21.

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

［3］丁蘇華, 段林麗. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的性能及測試方法研究[J]. 新型建筑材料, 2003(10): 1-4.

［4］陳文駒. 鋁合金窗邊防滲漏的探討[J].中國建筑金屬結構. 2008(8):21-22.

［5］戴家兵, 許戈文, 熊潛生. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備[J]. 氣霧劑通訊, 2001(2): 5-8.

［6］王偉, 于劍昆. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑研究進展[J]. 聚氨酯工業,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］毛建軍. 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的現狀及進展[J].氣霧劑通訊,2001(6): 29-33.

［9］朱呂民, 劉益軍. 聚氨酯泡沫塑料[M]. 北京: 化學工業出版社, 2008.