黃活陽，方銘中，劉同科

（廣東新展化工新材料有限公司，廣東 中山528441）

前 言

單組分濕氣固化聚氨酯（PU）密封膠被廣泛應(yīng)用于土木建筑、交通運輸和其它領(lǐng)域，其具有高強度、彈性好、抗撕裂、耐磨、抗穿刺性、對基材不污染、耐酸堿和有機溶劑、可涂漆等優(yōu)點，但由于單組份PU密封膠對濕氣比較敏感，很容易導(dǎo)致貯存不穩(wěn)定[1],長期耐紫外光老化能力較弱；而且固化過程釋放出CO2，容易形成黏附破壞，造成對金屬、玻璃等表面光滑基材粘接不牢的問題，因此必須使用底涂來提高其粘接和耐UV老化性能的問題。

硅烷化聚氨酯（SPU）是以聚氨酯為主鏈通過硅烷封端改性的材料，這類密封膠除了保留原有PU密封膠的優(yōu)點外，在耐熱、耐老化、耐氣候方面都有極大的提高，對金屬、玻璃、PVC等常用基材具有良好的粘接效果[2]，而且它不含游離的異氰酸酯，無污染性的固化滲出物逸出，不會污染被粘基材的表面和周邊[3]，更符合環(huán)保要求。

目前，國內(nèi)外對SPU密封膠的研究十分活躍，國外已經(jīng)有高強度的SPU密封膠應(yīng)用于轎車、高鐵的玻璃粘接，比如：BOSTIK公司的SimsonISR70-03，70-08、SIKA公司的SIKAFLEX221FC等。國內(nèi)市場上還沒有同類的產(chǎn)品。本文從SPUR樹脂選擇及用量、填料、粘接促進劑等方面對研制高強度SPU密封膠進行了研究。

1 實驗概況

1.1 主要原材料及測試儀器

SPUR1、SPUR2、SPUR3三種不同模量的硅烷化聚氨酯樹脂，美國邁圖新材料公司；納米碳酸鈣，美國特種礦物公司；硅烷偶聯(lián)劑A-171、A-1120、A-1110、KH-560，湖北藍天新材料有限公司；DINP，炭黑，氣相法二氧化硅，抗氧劑1010，UV-327，二月桂酸二丁基錫，市售。

電子萬能拉力機UTM4503，深圳三思縱橫科技有限公司；沖片機，東莞市華京鷹機械設(shè)備有限公司；精密烘箱，東莞科建檢測儀器有限公司；行星攪拌機，蘇州羅斯設(shè)備有限公司；邵氏A硬度計，上海自九量具有限公司。

1.2 SPU密封膠的配制

將SPUR樹脂、增塑劑、填料及其它助劑等加入桶內(nèi)，在110℃條件下真空脫水2h，冷卻降溫至40℃以下，加入粘接促進劑、催化劑等真空攪拌均勻，出料包裝。

1.3 分析與測試

表干時間按照GB/T13477.5-2002《建筑密封材料試驗方法第5部分：表干時間的測定》中的B法測定；固化率的測試：將膠均勻注入深度為10mm的由聚四氟乙烯制成的斜槽里，在標(biāo)準條件下（溫度（23±2）℃，濕度（50±5）%RH）硫化24h后從最淺端將膠條揭起，觀察膠條固化拉斷情況；拉伸強度和斷裂伸長率按照GB/T528-1998《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》的規(guī)定測試；邵氏硬度A的測量：將膠均勻注入厚度為6mm的?？蛑?，刮平并將?？蚪移穑瑯?biāo)準條件下硫化21d后用邵A硬度計測量；剪切強度的測試按照GB/T 7124-2008《膠黏劑拉伸剪切強度的測定》的規(guī)定測試，測試基材為鋼板；剝離強度的測試按照GB/T 2790-1995《膠黏劑180°剝離強度試驗方法撓性材料對剛性材料》的規(guī)定測試，測試基材為玻璃。

2 結(jié)果與討論

2.1 SPUR樹脂類型及用量的選擇

表1 不同類型SPUR 及用量對性能的影響Table 1 The effect of different types and amounts of SPUR on the performances of sealant

SPUR1、SPUR2、SPUR3是美國邁圖公司三種不同模量的硅烷改性聚氨酯樹脂，SPUR1為中低模量樹脂，有較高的伸長率；SPUR2為中高模量的樹脂，伸長率較好；SPUR3為高模量樹脂，有很高的強度，伸長率一般；對此，不同類型SPUR樹脂的搭配與及用量的變化對密封膠性能的影響試驗結(jié)果見表1。

將實驗1和實驗3對比，實驗2和實驗4對比，均可以看出隨著SPUR3含量增多，密封膠的力學(xué)強度增大，斷裂伸長率降低，只用SPUR3的實驗6伸長率只有150%，因此單用SPUR3不能滿足產(chǎn)品要求；同等比例下，SPUR2和SPUR3兩者的復(fù)配使用效果要優(yōu)于SPUR1和SPUR3；通過實驗2和實驗4的對比可以發(fā)現(xiàn)，SPUR2和SPUR3復(fù)配比例為1∶6時，密封膠的力學(xué)強度和斷裂伸長率都較佳。

2.2 粘接促進劑類型及用量對密封膠性能的影響

SPUR樹脂主體是聚氨酯，聚氨酯分子間作用力大，與大部分基材都具有良好的黏附作用，其端基是一種含有可水解的官能基的硅烷基團，上述兩種因素的結(jié)合，產(chǎn)生“協(xié)同效應(yīng)”，使得SPU密封膠對金屬、玻璃等基材具有良好的粘接性能。粘結(jié)促進劑大多數(shù)情況下是一種帶有官能基團的硅烷，加入密封膠中能增強其對常規(guī)基材的粘接力，以及擴大可粘接基材的范圍。本次試驗選用了A-1120、A-1110、KH-560為粘接促進劑，對它們的搭配和用量對密封膠性能影響進行了研究，試驗結(jié)果見表2。

表2 不同硅烷對密封膠性能的影響Table 2 The effect of different silane on the performances of sealant

從表2得出：不同官能團的硅烷偶聯(lián)劑對密封膠的固化和力學(xué)性能有很大影響。使用A-1120對密封膠的固化改善效果明顯優(yōu)于A-1100，而且在拉伸強度、剪切強度和剝離強度等性能上，A-1120的使用效果也比A-1100的好。A-1120屬于雙氨基類硅烷，其分子中參與固化交聯(lián)反應(yīng)、與基材表面的基團反應(yīng)的反應(yīng)點較單氨基硅烷A-1100的要多，因此交聯(lián)密度大，與基材表面的分子相互作用力大，宏觀上表現(xiàn)為拉伸強度及剝離強度較大。單獨選用環(huán)氧類硅烷KH-560，密封膠的表干時間和固化速率都不理想：表干時間大于180min，固化速率小于2mm，滿足不了市場上對高強度密封膠的應(yīng)用性能要求，而且KH-560對密封膠的力學(xué)性能提高也有限。三種促進劑復(fù)配使用時，A-1120和A-1100兩個各自與KH-550復(fù)配使用時固化效果均不能滿足要求（表干時間≥60min，固化速率≤2mm）；三種促進劑一起使用時，雖然固化效果滿足要求，但在拉伸強度、剪切強度、剝離強度及斷裂伸長率等指標(biāo)均比兩種氨基類促進劑復(fù)配使用時要小，而且成本要高。因此優(yōu)選A-1120和A-1100比值為1∶1時復(fù)配使用。

2.3 填料用量對密封膠的性能影響

眾所周知，表面處理的填料能很好分散在SPUR中，起到增稠，補強，降低成本等作用。納米級碳酸鈣和炭黑都是密封膠行業(yè)常見的增稠補強填料，重質(zhì)碳酸鈣價廉、白度高，而且還具有水分含量低、易分散等優(yōu)點，適合用于高強度SPUR密封膠配方，具有提高膠料的流動性、降低產(chǎn)品成本等作用。納米碳酸鈣用量對密封膠物理性能有很大的影響，用量太多，制得的膠稠，施工性能差，伸長率差；用量太少，起不到增稠，補強效果。本次試驗固定成本較高的炭黑用量，對納米碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣兩者的用量比進行研究，試驗結(jié)果列于表3中。

表3 填料用量對密封膠性能的影響Table 3 The effect of different amounts of filler on the performances of sealant

從表3中不同填料用量對密封膠性能的影響測試結(jié)果可以看出，未經(jīng)過表面處理的重質(zhì)碳酸鈣只起到增量，降低成本的作用，且隨著納米碳酸鈣用量的減少，重質(zhì)碳酸鈣用量的增加，密封膠的強度也逐步降低。重質(zhì)碳酸鈣在填料里用量超過19.5%后，制得的密封膠就有下垂跡象，因此納米補強性填料的用量為密封膠總量的50%～60%時，制得的密封膠的力學(xué)強度好，不下垂。

3 SPU 在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

目前國內(nèi)的整車裝配市場及汽車維修市場存在如下問題：

1）整車廠因使用PU密封膠時必須使用底涂，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高；維修市場經(jīng)常出現(xiàn)工人忘記使用底涂，使車窗玻璃粘接不牢出現(xiàn)較大安全隱患；

2）傳統(tǒng)的PU密封膠在維修市場安全行駛時間一般達6h以上（無安全氣囊），不能滿足客戶需求；

新展公司研發(fā)的SAC-252FC屬于高強度、高模量SPU產(chǎn)品，使用時無需底涂，減化整車廠的施膠工藝，避免了因忘記使用底涂而可能帶來的安全隱患；且具有較快的固化速度，在維修市場使用SAC-252FC行車時間僅2h（無安全氣囊），大大縮短了客戶的等待時間。

4 結(jié) 論

高強度SPU密封膠的顯著特點就是它兼具硅酮膠和傳統(tǒng)聚氨酯膠的優(yōu)點，代表著車用膠黏劑向高技術(shù)含量發(fā)展的方向，它填補了汽車擋風(fēng)玻璃粘接密封膠領(lǐng)域的一項空白；它對很多基材有很好的相容性，使用領(lǐng)域更廣泛；使用時無需底涂，操作簡單方便；它能解決很多其它膠黏劑不能解決的問題，市場前景非常廣闊。

［1］曹鋒，韋亞兵.單組分聚氨酯密封膠貯存穩(wěn)定性的影響因素［J］.聚氨酯工業(yè)，2008,22（6）：35～38.

［2］李吉明，薛紀東，鐘漢榮.單組分濕固化硅烷封端聚氨酯密封膠的制備及性能研究［J］.化學(xué)與黏合，2012,34（1）：13～16.

［3］黃應(yīng)昌，呂正蕓.彈性密封膠與膠黏劑［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003:210～212.