HMDI制備室溫固化聚氨酯電子封裝膠

何杰勇

摘? ?要：以不黃變和低揮發性的HMDI作為聚氨酯硬段的主體，以此制備端基為NCO的預聚體作為固化劑部分，配合以聚醚多元醇為主體制備的主劑部分，制備出能適用于戶外光電電子設備并且室溫固化的聚氨酯封裝膠。探討了HMDI在聚氨酯封裝膠中應用的優勢，并研究配方中各組分的類型和比例如何達到最佳的使用效果。

關鍵詞：HMDI;封裝膠;戶外適應

1? ? 電子設備發展概述

目前應用在戶外的電子設備越來越多，這些均需要各種的封裝膠進行封裝，起到保護電子器件、絕緣、阻燃、擴散光線等作用。使用于戶外的封裝膠，需要具有良好的耐候，抗沖擊等性能。聚氨酯（PU）作為橡塑彈性體，具有耐水、耐酸、韌性好和密封性佳等諸多優點，能很好地滿足戶外光電設備的封裝要求[1]。然而，傳統的制備PU材料的MDI和HDI均存在各自的問題，MDI由于存在苯環結構，其與多元醇的反應速率極快，并容易受光線影響黃變。HDI屬于脂肪族，具有優異的耐黃變性能，但是HDI的蒸汽壓大，氣味刺鼻，對工作環境污染嚴重，對人體傷害大，并且所制備的PU材料脆性也較大。因此，選擇HMDI進行封裝膠的制備[2]。HMDI可看成是MDI的苯環被環己烷取代，沒有了苯環的雙鍵結構，屬于脂肪族結構，具有優良的耐黃變結構;缺少苯環的吸電子作用，其反應活性大大降低，所制備的封裝膠更具備可操作性[3];HMDI的揮發性低，基本沒有氣味，對人體傷害低，符合安全環保的要求。但使用HMDI也存在室溫下固化時間長，后固化不完全，容易與空氣中的水分反應產生氣泡等問題，須在配方調整中進行解決[4]。

2? ? 實驗原料

聚醚多元醇，工業級（330G，PPG1000），山東藍星東大化工有限責任公司;HMDI，HDI三聚體，工業級，萬華化學集團股份有限公司;TMP，工業級，中國石油天然氣股份有限公司;1，4-BD，分析純，上海展云化工有限公司;消泡劑，市售各類消泡劑;催化劑，市售各類PU催化劑;UV吸收劑，抗老化劑，工業級，市售;DOA，工業級，市售。

3? ? 實驗制備工藝

3.1? 固化劑預聚體的制備

在有冷凝管和溫度計的四口燒瓶中加入計量的HMDI和PPG1000，加熱到內溫至65 ℃，加入催化劑，溫度保持65～75 ℃反應4 h，降溫，加入少量HDI三聚體，最后加入DOA，攪拌均勻出料。

3.2? 主劑的制備

330G于110 ℃真空干燥箱中脫水2 h，在有冷凝管和溫度計的四口燒瓶中加入計量的330G，加熱到內溫至70 ℃，加入計量的1，4-BD，TMP，UV吸收劑，抗老化劑，恒溫攪拌至粉料溶解完全，降溫至室溫，加入消泡劑和催化劑，攪拌均勻后出料。

3.3? 固化塊的制備

將主劑和固化劑按固定比例混合，攪拌均勻，真空脫泡，稱取20 g倒入模杯中，室溫固化，得到固化塊進行性能測試。

4? ? 測試與表征

黏度：按照GB/T 2794—1995，采用旋轉黏度計進行測定。

硬度：按照GB/T 533.1—2008，采用邵氏A硬度計進行測定。

紅外光譜：采用島津affinity-1傅里葉變換紅外光譜儀進行測試。

耐候性：按照GB/T 16422.2—2014，使用人工氣候老化（方法A）的第一種循環方法進行測試，比色卡對照黃變等級。

雙沸試驗：將固化膠體放于100 ℃，濕度為100%的恒溫恒濕箱中，以硬度下降50%為雙沸試驗不合格的標準，記錄所經歷的時間。可通過該實驗了解材料的耐水性能。

5? ? 結果與討論

5.1? HMDI與PPG1000的比例

HMDI與PPG1000在加熱的條件下反應制備預聚體，成品中必然是預聚體與HMDI單體共存，不同比例的反應會影響最終的黏度，黏度過高，混合液氣泡難以去除，封裝操作也難以進行;表1顯示了不同比例（物質的量比）物料反應得出的最終產物的黏度。

從表1可看出，HMDI∶PPG1000的比例最好為5∶1～4∶1，繼續增加PPG1000的比例，其黏度會出現明顯的上升，難以適應封裝的操作。

5.2? 催化劑的選用

催化劑的添加量一般在0.05%～0.20%，用量雖少，但起到至關重要的作用。由于HMDI為低活性的脂肪族異氰酸酯，沒有催化劑的存在與多元醇的反應極慢;催化劑的添加量會直接影響PU的固化速率。

使用傳統的有機錫類催化劑不僅不環保，而且催化異氰酸酯與水反應的速率高于異氰酸酯與醇反應的速率，固化過程中極易與水分反應產生氣泡，影響固化物性能。經過篩選，選用市售的具有靶向特性的催化劑—廣州優潤合成材料有限公司的CUCAT-TM，該催化劑為有機鉍鋅催化劑，具有不催化微量水和異氰酸酯反應的特性，而且具有熱敏性能，前期混合放熱少，反應慢，給予充足的可操作時間，隨著后期發熱增加，反應加快，滿足后固化要求[5]。

使用該催化劑，可以有效減少固化物出現氣泡的問題，但其添加量對可使用時間和固化情況仍起至關重要的作用。表2顯示了不同催化劑添加量對混合物可使用時間和固化情況的影響。

由表2可見，由于HMDI的活性偏低，需要大量的催化劑才能達到較理想的固化效果。添加量為0.25%時，考慮到65 min的可使用時間，作為雙組分的PU封裝膠已經是較優異的表現了，4.5 h的不流動時間也能滿足一般的施工效率，24 h也已經達到較理想的硬度，因此，該添加量為最優添加量。

5.3? IR表征

從圖1可見，固化物不存在1 450～1 650cm﹣1和650～900cm﹣1的苯環特征峰，也不存在普通碳碳雙鍵在1 620～1 680cm﹣1的吸收峰，證明該固化物具有優異的耐光照老化黃變性能;而且可看到1 075cm﹣1附近的脂肪醚吸收峰，并沒有1 715～1 751cm﹣1的酯鍵吸收峰，表明該固化物具有優異的耐水解性能。

5.4? 耐候耐黃變性能

經過按照GB/T 16422.2—2014標準，使用標準中人工氣候老化（方法A）的第一種循環方法進行測試。固化物的性能差異如表3所示。

測試結果顯示，固化物經過耐候測試，其顏色變化極少，硬度也沒有明顯下降，證明該材料的耐候、耐黃變性能優異。

5.5? 耐水解性能

對混合固化物進行雙沸試驗，固化物從原來的硬度53 A下降50%到26 A左右，共用時12 d，耐水解性能十分優異。

6? ? 結語

（1）采用HMDI制備封裝膠固化劑，配合聚醚多元醇制備的雙組分PU封裝膠具有優異的耐候、耐水解性能，能滿足戶外各種電子設備的使用要求。

（2）使用HMDI反應制備固化劑，其與PPG1000的比例在4∶1～5∶1，固化劑黏度最符合使用要求。

（3）催化劑的量至關重要，催化劑量占主劑總量的0.25%時，固化反應最符合使用要求。

[參考文獻]

[1]李紹雄，劉益軍.聚氨酯膠粘劑[M].北京：化學工業出版社，1998.

[2]張? ?蕾.雙組分聚氨酯密封膠的制備及性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014.

[3]楊再軍，楊武利，吳海平.電子封裝用聚氨酯灌封膠的研制[J].中國膠粘劑，2016，25（6）：30-34.

[4]安佳麗，周正發，王潔玲，等.導熱聚氨酯灌封膠的研制[J].聚氨酯工業，2012，27（5）：35-37.

[5]酒永斌，羅運軍，葛? ?震，等.IPDI基和HMDI基熱塑性聚氨酯彈性體的合成與性能[J].高分子材料科學與工程，2011，27（3）：19-22.