硅烷改性聚合物密封胶的研究和应用进展

硅烷改性聚合物密封胶的研究和应用进展

谢志明

广东普赛达密封粘胶有限公司

摘要：密封胶在常温下是一种呈黏稠状的液体，通过温度变化、溶剂挥发和化学交联等过程使基材与之黏结，并逐步定型为塑性固态或弹性体，成为具有防水、密封、减震、防腐等作用的多功能黏结密封材料。自20世纪70年代以来，几类硅烷改性密封胶是由活性硅氧烷对聚氨酯聚合物或聚醚进行封端制成，陆续被欧美、日本等国家开发，类型主要有三种:硅烷改性聚氨酯密封胶(SPU)、硅烷封端聚醚密封胶(STPE)、硅烷改性聚醚密封胶(MS)。这三者端基均为可湿气固化的硅氧烷基，以聚醚或聚氨酯作为预聚物，性能具有的优点:操作使用简便、交联固化程度深、黏结性能好等。同时，与传统的密封胶相比，均有所不同的是固化机理，称之为室温湿气固化，端基交联固化形成三维网状的结构，顺应绿色环保的潮流趋势。

关键词：硅烷改性；密封胶；研究

引言

自1970年代以来，日本、欧洲和美国为硅烷开发了几种改性密封胶，在聚醚或聚醚聚合物的密封末端使用活性硅烷制造，包括改性聚醚胶(SPU)这三种物质均以聚氨酯或聚醚为预聚酯，终端基是一种可通过湿度固化的硅烷基，粘结性能好，交联固化程度深，使用方便，许多性能指标均超过了传统的密封胶。其固化机理不同于传统的密封胶，可称为室温固化湿度，末端基化合物固化形成三维网格结构，反应过程中不会产生有毒有害气体分子，这符合绿色生态趋势。

1合成方法

合成SPU的技术核心是用湿固化硅烷氧基取代PU末端的羟基或异氰酸酯基。第一步是将预聚合PU合成到异氰酸酯基壳末端，即与聚异氰酸酯反应，使异氰酸酯基组和羟基组不致于(NCO)/n(oh)/1；第二步是将含有活性功能组的硅烷添加到末端异氰酸酯基组，以获得SPU聚合物。也可以先合成羟基预聚合，即使异氰酸基组与醇羟基的钼n ( NCO ) / n ( oh)反应< 1；然后选择含有羟基自由基反应的硅烷功能反应和预聚合反应。通过在预聚合PU过程中改变NCO/OH的摩尔比，研究了其对聚氨酯涂层性能的影响。结果表明，较高的每核心I/o比率有助于提高抗拉强度、杨氏模量和预聚体硬度，而较低的每核心I/o比率有助于提高预聚体长度。当NCO/OH比率保持不变时，预聚醇的抗拉强度随聚醇羟基含量的增加而增加。此外，随着羟基含量的下降，聚氨酯的延伸率也会增加。

2改性密封胶影响因素

在基本公式中，变量是基本聚合物的原材料，其原材料保持不变，并研究了基本聚合物对密封胶凝固速度的影响。三种基本聚合物的凝固速度比较如下:stp-e10 > 920r > sax-260，因为末端基为末端基 基聚合物的活性高于二甲基密封端，水解速度更快，其诱导作用有助于激活甲苯基并提高其反应活性。 2在基本配方中，基聚合物选择stp-e10，以塑化剂原料为变量，其原料保持不变，研究塑化剂对密封胶凝固速度的影响。三种增塑剂的凝固速度比较如下:ppg-3000 > dinp > ESO，因为ppg-3000的结构与基本聚合物相似，均为聚醚结构，兼容性更好，而ppg-3000增塑剂的末端基-oh与基本聚合物末端基的毒物基反应更快dinp与此之间的干燥时间接近凝固速度，并无很大差异。在基本公式中，变量为胶粘剂原料，基聚合物选择stp-e10，塑化剂选择ppg-3000，胶粘剂原料保持不变，研究胶粘剂对密封胶凝固速度的影响，三种胶粘催化剂凝固速度为 JH-a12和jh-a110都是氨基酸组的结合体，它们是碱性的，有助于提高系统中丙烷氧基的水解速度和加速冷凝反应；JH-a112是氨基酸组结构；JH-a110是单胺结构，冷凝反应比 Jh-0187是一种环氧组结构，其水解过程消耗系统中的催化剂，导致缓慢凝固。

3产品服役过程中的老化因素分析

轨道车辆全年在室外运行:夏季室外路面温度可达70℃或更高；车辆运行时电气设备内有一定量的热量，特别是在入口站临时停机时，有一定的蓄热性；在冬季，南北轨道上的车辆也经历了-30℃至20℃的温度变化。夏季高温和冬季低温的交替可能导致密封胶断裂或热连接，密封胶的相互作用可通过高温作用得到改善长期作用下，热老化加剧，密封胶功能体退化，分子链断裂，力学性能下降，重力作用下机械性能完全丧失。根据相关研究报告，硅烷改性密封胶热老化后，初始分解温度降低，密封胶可在90℃环境温度下呈现功能组和低键能量结构的分解。在轨车辆受到环境湿度的影响，特别是在南方城市，那里的湿度较高，可能高达98%以上；南部雨季比较长，运行期间雨水可以直接流入密封胶表面；在车辆的日常保养和清洗中，设备是容易积洗车液的部分，干燥速度最慢，因为安装在车辆车身底部。如果水长期处于非常潮湿或被雨水浸透的环境中，则水会渗入密封胶体内，损害聚合物分子之间的力，并导致聚合物的塑性；密封胶中水溶性物质和亲水基质溶解或去除，破坏了密封胶内成分的比例，导致聚合物化学降解，加速了密封胶机械性能和其他物理性能的退化。轨道车辆中使用的化学剂主要来自工业废气、空气中的灰尘、汽车清洗液以及运行期间道路和轨道表面的污染源。它主要含有腐蚀介质，如H+、oh、cl-和硫化物，它们渗入密封胶，导致聚合物中的高分子链连接或断裂，从而降低抗拉强度、硬度等。防水胶布。

4硅烷改性聚合物密封胶的应用进展

对双组分硅烷改性聚醚密封胶进行制备及探究，优选得主材料为硅烷改性聚醚(简称MS聚合物)，利用碳酸钙复合填料补强，搭配合适用量的紫外吸收剂、光稳定剂、交联剂以及催化剂等功能助剂，制备得到一种具有优良黏结力学性能、贮存稳定性与相容性较佳的双组分硅烷改性聚醚密封胶(MS胶)。试验采用单一比较法，逐一研究了基础聚合物、补强填料与增塑剂选型和催化剂用量对密封胶硫化速率、黏结性能及其贮存稳定性等综合性能的影响。结果发现，关键原料的选型与功能助剂添加量的调整直接影响到密封胶的表干硫化时间、黏结性能和贮存稳定性。当以S203H与S303H(质量之比为3∶2)复配作为基材聚合物，催化剂原料采用二醋酸二丁基锡，补强填料采用的是CCＲ-300与G-120按照质量之比为3∶2的比值复配，增塑剂利用聚醚二元醇，以此配方制备的双组分密封胶表干时间为12min，稳定贮存性能，拉伸模量0．19MPa，弹性恢复率97%。

结束语

目前，大多数的高端密封胶都需要从国外引进。随着我国社会经济水平的快速发展，以及人们不断追求高质量的生活，高档化必然成为密封胶的发展趋势。硅烷改性聚合物密封胶是一种高性能环保密封胶，兼具聚氨酯密封胶和硅酮密封胶的优点，具有优异的力学性能、良好的黏结性、环境友好性，一直以来都是国内外环保密封胶主要发展的方向。所以，必须要深入研究硅烷改性聚醚预聚体的合成机理，解决大规模生产过程中的工艺控制难题，在硅烷改性聚醚预聚体合成技术方面具有自主知识产权，加强硅烷改性聚醚的研发，扩大其生产和工程应用，对我国需要高性能密封产品的行业发挥着十分重要的作用。

参考文献

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