揭开聚氨酯密封胶的神秘面纱
前言
聚氨酯密封胶是一种现场嵌填、粘结接缝的常温固化材料。在固化前，它呈膏状，可以挤出以填满缝隙，固化后为弹性体，起到界面粘结、防渗漏、防水、防尘、承受震动或热胀冷缩引起的位移等作用。
聚氨酯密封胶有单组分和双组分两种包装类型。双组分聚氨酯密封胶是两个组份分别包装，一种是含NCO的组份，另一种是含活泼氢的固化剂，使用时将两组份按一定比例混合，通过NCO与活泼氢的反应而固化为弹性体。其优点是室温固化速度比单组分快、成本低，但是使用时操作不方便。单组分聚氨酯密封胶是由NCO封端的预聚体与填料和助剂组成，密封储存，使用时与空气中的湿气反应而固化为具有网络结构的弹性体。
由于聚氨酯密封胶对多种材质（如混凝土、金属、玻璃）有很好的粘接性，且具备耐紫外光、耐低温、耐化学品、性价比高等特点，它已被广泛用于建筑工程、交通运输、航天和汽车等领域。
原料组成
聚氨酯密封胶主要是由大分子多元醇、异氰酸酯、溶剂、助剂和填料组成。
大分子多元醇
大分子多元醇是组成PU结构中的软段部分，会直接影响PU密封胶的柔性、耐低温性等性能。在聚氨酯密封胶中主要以高活性聚醚多元醇为主，高活性聚醚多元醇含有较高含量的伯羟基，具有较高的反应活性；同时聚醚多元醇含有大量醚键（-C-O-C-），不易水解，制得的密封胶耐水解性优异、耐低温性好和分子链柔性高。有时会加入少量低分子聚醚多元醇来复配使用。
异氰酸酯
异氰酸酯的常用类别为芳香族异氰酸酯和脂肪族异氰酸酯。而在聚氨酯密封胶中MDI最为常用，MDI的反应活性高且毒性相对最小，可用于快速反应型聚氨酯胶黏剂。另外MDI分子结构对称，可设计成分子链较为规整有序的微相区结构，因此胶层的弹性、粘接强度、耐磨性均十分优异。有时也会加入少量TDI进行复配使用。
图1 MDI的分子结构图
溶剂
为了改善流动性，有时会在聚氨酯密封胶中加入少量溶剂，例如：混合二甲苯等。
助剂
·催化剂
聚氨酯密封胶催化剂按其化学结构主要分为叔胺类催化剂和有机金属类，常用的PU催化剂包括有机锡类和叔胺类。有机金属类催化剂对-NCO/-OH反应有明显的作用效果（常用T-12），而叔胺类催化剂对-NCO/H2O的反应有明显效果（常用双吗啉基二乙基醚）。
作为聚氨酯密封胶工业使用的催化剂，其使用的原则不仅要根据催化剂的催化活性大小，同时还要考虑使用状态，化学毒性，它与其他原料组分的互溶性，使用温度和成本价格，在反应原料体系中的化学稳定性，催化剂残留在制品中对密封胶性能影响等因素。
·增塑剂
为了降低物料黏度（便于混合）和增加制品的柔韧性、伸长率等，聚氨酯密封胶中常常会加入一定量的增塑剂。常用的增塑剂主要有邻苯二甲酸二异辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）、邻苯二甲酸二异癸酯（DIDP）、己二酸二异辛酯（DOA）、磷酸三乙酯等。
·硅烷偶联剂
为了改善无机填料与聚合物树脂的相容性，提高有机树脂与无机填料之间的结合力，聚氨酯密封胶中时常会加入少量的硅烷偶联剂，如：KH-560等。
图2 KH-560的分子结构图
·除水剂
聚氨酯密封胶中为了保持产品的储存性能，常常会添加少量的除水剂，如分子筛、对甲苯磺酰异氰酸酯（PTSI）、氧化钙等。
图3 PTSI的分子结构图
填料
无机填料与聚氨酯密封胶的流变性能和机械强度密切相关，许多实验已经证明，不同种类的填料如颜料（炭黑等）、纳米碳酸钙、可以提高聚氨酯密封胶的粘接力强度。气相二氧化硅经过有机表面改性后，也可以改进聚氨酯密封胶的流变性和机械性能，但因为它的处理起来困难且昂贵，因此替代气相二氧化硅的无机填料目前仍被密切关注。碳酸钙是聚氨酯密封胶工业中常用的填料，由于碳酸钙颗粒较大且未经过表面处理，它对聚氨酯密封胶的流变性能和力学性能的影响并不大。研究发现经过硬脂酸盐或阳离子表面活性剂处理的碳酸钙可以改进聚氨酯密封胶的流变性和力学性能。也有科学家发现，在聚氨酯密封胶中使用方解石类的碳酸钙填料会有良好的触变性和高的拉伸强度。而纳米碳酸钙与普通碳酸钙相比，它的粒径更小、比表面积更大，由于其颗粒表面经过有机改性，所以当它作为聚氨酯密封胶填料时，它的微粒更容易在聚氨酯密封胶中分散，与聚氨酯预聚体有良好的相容性，这样有利于提高聚氨酯密封胶体系的补强作用和抗下垂性。
应用
建筑行业
对于建筑领域而言，聚氨酯密封胶被大量用于混凝土制板幕墙、钢筋混凝土和石板、薄板、玻璃纤维钢筋混凝土等施工缝的密封。同时，聚氨酯密封胶也被广泛应用于连接公路和跑道的嵌缝及各种管道和桥梁等的粘接密封处，尤其是受动态应力和冷热收缩膨胀的接缝。
图4 建筑行业
航天领域
由于密封技术的进步，聚氨酯密封胶在航天领域也开拓了新的市场。20 世纪中期，密封胶就已经应用于航空航天领域，已经有报导称开发出了一种具有耐受震动位移、机械锈蚀且对被密封液体(水溶液、液压流体、喷射燃料等) 保持化学惰性的低挥发性高级密封胶，且随着航天技术的巨大进步，该种新型密封胶的需求量必将不断增长。
图5 航天领域
汽车行业
就汽车行业而言，近几十年，由于汽车工业的发展要求汽车构件轻量化，因此大量采用塑料零部件，特别是高强度的ERP（玻璃纤维增强塑料）和SMC（片状模塑材料），被应用于汽车制造。而聚氨酯密封胶不但对传统的金属材料有良好的粘接密封作用，而且对热塑性塑料和复合新材料的粘接效果也非常好。相对传统的机械焊接和铆接技术，聚氨酯密封胶有非常明显的优势，如：能够粘接具有不同热膨胀系数的基材、粘接牢固、机械强度高、耐候性好、有更好的绝缘性和更小的腐蚀性等，并且减少了用螺丝和铆钉组合件的振动，且在汽车装配的粘接上提高了效率。
目前，湿气固化聚氨酯密封剂是安装汽车挡风玻璃最好的粘接密封材料，世界上95%的汽车挡风玻璃都采用单组分湿气固化聚氨酯密封胶。更为重要的是：轻量化、绿色环保聚氨酯密封胶的突出特点是适应环保、工业卫生、资源等政策法规的要求。
图6 汽车行业
聚氨酯密封胶的分析
目前，聚氨酯密封胶的发展已较为成熟，而随着科技的发展，许多领域对聚氨酯密封胶的性能提出了更高的要求，这就需要我们不断去完善配方体系来实现产品性能的升级。
微谱分析技术服务可以通过分析测试确定聚氨酯密封胶中的异氰酸酯种类、大分子多元醇、溶剂和助剂等；同时也能够解析聚酯多元醇的合成单体及聚醚的种类和官能度，非常便于我们去寻找对应的原材料。在产品研发设计方面，也能够大大助力于新产品的研发，缩短研发时间的同时完善产品的性能。
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