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    不同大相对分子质量聚醚多元醇对聚氨酯密封胶性能的影响研究

    时间：2023-08-05 18:40:15来源：小小文档网本文已影响人

    孙云贵，陈 旺，刘龙江

    （康达新材料(集团)股份有限公司，上海 201400）

    聚氨酯密封胶由于具有优良的弹性，耐磨性、对基材良好的粘接性，以及配方调整的自由度大，因此可以满足不同工况下的粘接密封。

    随着技术的进步，不同大相对分子质量的聚醚多元醇不断出现，使得聚氨酯配方调整的自由度进一步增大，聚氨酯密封胶的性能不断提高，可以满足更多应用场景的密封。随着聚醚多元醇的相对分子质量不断增加，对合成的聚氨酯预聚体和最终密封胶固化后的性能影响很大。因此，本文研究了不同大相对分子质量的聚醚多元醇、聚醚二元醇和聚醚三元醇的复配比例制得的聚氨酯预聚体对最终聚氨酯密封胶性能的影响。

    1.1 主要原材料

    相对分子质量为1000、2000、4000、8000 的聚醚二元醇，相对分子质量为3000、5000 的聚醚三元醇，（工业级），陶氏化学；
    相对分子质量为12000、20000 的聚醚二元醇，相对分子质量为9000、12000的聚醚三元醇，（工业级），武汉奥克特种化学有限公司；
    邻苯二甲酸二癸酯DIDP，（工业级），上海慧塑科技股份有限公司；
    甲苯二异氰酸酯TDI，（工业级），万华化学集团股份有限公司；
    对甲基苯磺酰异氰酸酯PTSI、二月桂酸二丁基锡（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；
    炭黑，美国卡博特；
    γ ～缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（Silquesta A～187），美国迈图；
    重质碳酸钙、轻质碳酸钙，江西广源化工有限责任公司。

    1.2 仪器与设备

    高速行星双动力混合机，佛山金银河智能设备有限公司；
    万能材料试验机，INSTRON；
    电位滴定仪，普兰德。

    1.3 试样制备

    1.3.1 预聚体的合成

    将聚醚二元醇、聚醚三元醇置于四口烧瓶中，100～120℃真空搅拌脱水2h，降温至70℃，加入相应比例的TDI、二月桂酸二丁基锡，真空搅拌至NCO 含量达到反应终点后，停止反应，制得聚氨酯预聚体（N2密封保存）。

    1.3.2 聚氨酯密封胶的制备

    提前将重质碳酸钙、轻质碳酸钙、炭黑放入120℃烘箱中烘至少24h 以上。按照配方量向混合机中加入聚氨酯预聚体、邻苯二甲酸二癸酯、炭黑、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、A～187、对甲基苯磺酰异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡，真空高速分散2h，密封包装得到单组分聚氨酯密封胶。

    1.4 力学性能表征

    （1）NCO 含量：按照HG/T 2409～1992 进行测试。

    （2）拉伸强度、断裂伸长率：按照GB/T 528～2009 标准进行测试。

    （3）剪切强度：按照GB/T 7124～2008 标准进行测试。

    （4）硬度：按照GB/T 531.1～2008 标准进行测试。

    （5）剥离强度：按照GB/T 2791～1995 标准进行测试。

    2.1 不同相对分子质量的聚醚二元醇对固化后聚氨酯密封胶力学性能的影响

    固定聚醚三元醇、聚醚二元醇与聚醚三元醇复配比例（R）及其它因素不变，只改变聚醚二元醇的相对分子质量进行实验，其对固化后的聚氨酯密封胶的力学性能影响如表1 所示。

    表1 聚醚二元醇相对分子质量对固化后的聚氨酯密封胶力学性能的影响Table 1 The influence of polyether diols molecular weight on the mechanical properties of PU Sealant

    由表1 可知，随着聚醚二元醇的相对分子质量逐渐增大，最终固化后的密封胶的断裂伸长率不断升高，拉伸强度、剥离强度、硬度和剪切强度不断降低。这是由于随着聚醚二元醇相对分子质量不断增大，合成的预聚体中长链（聚醚二元醇链段）不断增长，交联点密度不断减小，这导致了断裂伸长率不断提高，拉伸强度、硬度、剥离强度和剪切强度不断减小。

    2.2 不同相对分子质量的聚醚三元醇对固化后聚氨酯密封胶力学性能的影响

    固定聚醚二元醇、聚醚二元醇与聚醚三元醇复配比例（R）及其它因素不变，只改变聚醚三元醇的相对分子质量进行实验，其对密封胶的力学性能影响如表2 所示。

    表2 聚醚三元醇相对分子质量对密封胶力学性能的影响Table 2 The influence of polyether triols molecular weight on the mechanical properties of PU sealant

    由表2 可知，随着聚醚三元醇相对分子质量逐渐增大，拉伸强度、剥离强度、剪切强度和硬度不断减小，断裂伸长率不断增大。这是由于随着聚醚三元醇相对分子质量增大，交联点密度不断减小，合成的预聚体中长链（聚醚三元醇链段）不断增大，这导致了拉伸强度、剥离强度、剪切强度和硬度不断减小，断裂伸长率不断增大。

    2.3 聚醚二元醇和聚醚三元醇的复配比例对力学性能的影响

    选取了4000 相对分子质量的聚醚二元醇和5000 相对分子质量的聚醚三元醇，改变两者的比例合成预聚体，固定其它因素，其对力学性能的影响如表3 所示。

    表3 聚醚二元醇和聚醚三元醇的复配比例对力学性能的影响Table 3 The influence of compounding ratio of polyether diols to polyether triols on the mechanical properties

    由表3 可知，随着复配的聚醚多元醇中三元醇比例的增加，制备的密封胶拉伸强度、剥离强度、剪切强度和硬度不断增大，断裂伸长率不断减小。这是由于聚醚三元醇是三官能度，提供了更多的交联点，随着聚醚三元醇增多，交联点也相应增多，拉伸强度、剥离强度、剪切强度和硬度就相应增高，而复配的聚醚多元醇中的二官能度的聚醚二元醇比例减小，使得扩链后的预聚物中分子链的长度相应减少，导致了断裂伸长率的降低。

    （1）随着聚氨酯预聚物中聚醚二元醇的相对分子质量(Mn:2000～20000)不断增大，制备的聚氨酯密封胶的拉伸强度(5.43～1.35MPa)、剥离强度(8.2～2.5kN/m)、剪切强度(3.81～0.81MPa)和硬度(75～29)不断减小，断裂伸长率(351%～1462%)不断增高。

    （2）随着聚氨酯预聚物中聚醚三元醇的相对分子质量(Mn:3000～12000)不断增大，制备的聚氨酯密封胶的拉伸强度(7.37～1.32MPa)、剥离强度9.7～2.3kN/m)、剪切强度(4.67～0.73MPa)和硬度(76～34)不断减小，断裂伸长率(473%～1597%)不断增高。

    （3）随着复配的聚醚二元醇和聚醚三元醇中聚醚三元醇的比例升高，制备的聚氨酯密封胶的拉伸强度(1.26～6.38MPa)、剥离强度(1.9～8.9kN/m)、剪切强度(0.79～4.95MPa)和硬度(35～72)不断增高，断裂伸长率(1428%～428%)不断减小。

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