聚氨酯密封胶的制备与性能表征开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1.1 引言

聚氨酯(PU)是指分子结构中含有氨基甲酸酯基团（-NH-COO-）的聚合物，一般是主链上含有重复氨基甲酸酯基团 (NHCOO )的大分子化合物的统称。 氨基甲酸酯一般由异氰酸酯与醇反应获得。 根据所用原料的不同，可有不同性质的产品，一般为聚酯型和聚醚型两类。另外，多异氰酸酯与多元胺反应得到的聚脲，广义上也归属于聚氨酯材料。聚氨酯在20世纪30年代由德国化学家O.Bayer发明以来，由于其配方灵活、产品形式多样、制品性能优良，在各行各业中的应用越来越广泛。

聚氨酯材料是一类产品形态多样的多用途合成聚氨酯，它以泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、纤维、合成革、防水材料以及辅装材料等产品形式，广泛的应用于交通运输、建筑、印刷、矿冶、石油化工、水利、国防、体育、医疗卫生等领域。本课题研究聚氨酯密封胶，密封胶是用来填充空隙（孔洞、接缝等）的材料。弹性密封胶是将粘接和密封两种功能集于一身的产品。其中性能较好的三类高档弹性密封胶分别是有机硅密封胶、聚硫密封胶和聚氨酯密封胶。原料品种繁多、配方和性能可调是聚氨酯材料的基本特点。聚氨酯密封胶用途广泛，密封和粘接是密封胶的主要功能。弹性聚氨酯密封胶具有如下有点：具有优良复原性，可适用于动态接缝；粘接性好；耐紫外光、耐微生物，耐久性好和耐候性好，使用寿命可长达15-20年；耐油、耐水性优良；隔音效果良好；对基材无污染性；表面可着色；耐磨、耐撕裂；对金属材料、石材及混凝土无腐蚀；大部分产品对饮用水卫生；长期服务温度一般在-40到80℃之间，低温保持柔软弹性；价格适中。近年来，中国聚氨酯材料是全球增长率最快的，聚氨酯材料在合成树脂中的比重也越来越大，新的技术、新原料、新工艺层出不穷，品种逐年增加。

单组分聚氨酯密封胶是超期固化型聚氨酯密封胶，一般是硬铝管或铝塑复合软管包装，可用密封胶枪施工。其优点是无需调配、使用方便，但缺点是由表层到内部固化缓慢，特别是在干燥情况下。

1.1.1 国内聚氨酯密封胶的发展

聚氨酯密封胶是分子链中含有氨酯基（-NHCOO-）或异氰酸酯基的密封胶。聚氨酯密封胶由于性能优越，在工业和民用许多领域得到广泛应用。

聚氨酯密封胶发展始于20世纪40年代，50年代以后，Bayer公司开发了Desmodurs系列二异氰酸酯和多异氰酸酯和Desmophens系列低分子量端羟基聚酯多元醇。把Desmodur和Desmophen按一定比例调配，可得到Polystal系列的双组份溶剂型聚氨酯密封胶。这位日后聚氨酯密封胶工业的发展奠定了基础。

我国上海合成树脂研究所首先研究成功双组份溶剂型聚氨酯密封胶，后由上海新光化工厂将该胶的制备工艺进行改进，于1996年开始投入生产，牌号为铁锚-101，曾经我国聚氨酯密封胶中产量最大的品种。2000年之后，聚氨酯密封胶的应用领域更是不断扩大：从包装、皮革、纺织、制鞋、家具等传统领域到家用电器、建筑材料、交通运输、新能源、安全防护、烟包用镀铝等新兴领域，具有很广阔的市场发展前景。2005年胶黏剂和密封胶的产量达21万吨，其中复合薄膜用聚氨酯密封胶是最大的应用领域。2009年我国仅塑料软包装用复合聚氨酯密封胶的产量就约达22万吨。

1.1.2 国外聚氨酯密封胶的发展

国外聚氨酯密封胶的发展速度明显快于其它胶粘剂产品，且品种多、产量大。美国1953年引进了聚氨酯密封胶技术，同时开发以蓖麻油和聚醚多元醇为原料的聚氨酯密封胶，美国B.F.Goodrich公司也开发了聚酯型结构热塑性聚氨酯密封胶。1968年Goodyear公司开发了无溶剂聚氨酯结构密封胶，成功的应用于汽车玻璃纤维增强塑料部件的粘接。1978年又开发了单组分湿固化型聚氨酯密封胶，并开始在汽车行业与建筑部门应用。1984年美国市场上又出现了反应型聚氨酯热熔密封胶。

日本于1954年引进德国与美国聚氨酯技术，1966年开始生产聚氨酯密封胶。1975年日本光洋公司开发成功水性乙烯基聚氨酯密封胶，并于1981年投入工业化生产。目前日本也是聚氨酯密封胶生产和应用大国。

1.2 聚氨酯密封胶

1.2.1聚氨酯的合成

聚氨酯是带有-NH-COO-特征集团的的杂链聚合物，全名是聚氨基甲酸酯，是氨基甲酸（NH₂COOH）的酯类或碳酸的酯-酰胺衍生物。合成聚氨酯的起始原料是光气，光气是活泼的酰氯，可与二元醇或者二元胺反应，分别形成二氯代甲酸酯或二异氰酸酯。这俩种中间体再分别与二元胺或者二元醇反应就形成聚氨酯，这也是合成聚氨酯的俩条合成路线。工业上多选用二异氰酸酯或者多异氰酸酯技术来合成聚氨酯。在聚氨酯的合成，成型全过程中，往往要经过预聚，交联等阶段，有时还要扩链。①预聚，一般将稍过量的二异氰酸酯与聚醚二醇或聚酯二醇先反应，形成异氰酸端基预聚物（OCN~NCO）。②扩链，如果对聚氨酯预聚物的分子量有较高的要求，如弹性纤维和橡胶，还可以用二元醇、二元胺或肼进行扩链。③交联，聚氨酯做弹性体时需要交联。

1.2.2 聚氨酯密封胶的合成

聚氨酯密封胶的生产工艺分为一步法和分步法，国内一般为分步法，即聚氨酯预聚物合成、填料及增塑剂的脱水干燥分别完成后，再加入到制胶设备里和其他助剂一起真空密闭混合，分装、包装后即为成品。制胶过程加料要迅速，打开釜盖刮胶的次数不宜过多，尽量减少预聚物、密封胶接触空气的时间，解除真空时要用干燥的氮气。

1.2.3 单组分聚氨酯密封胶

大多数单组分聚氨酯密封胶是不下垂型密封胶，具有良好的触变性，也有少数产品是自流平型产品。用于建筑领域的单组分聚氨酯密封胶，对固化速率的要求不是很高，但特殊粘接密封场合也要求快速固化。单组分聚氨酯密封胶表干时间从数十分钟到数十多小时不等。根据国内外产品说明统计，固化密封胶的硬度在邵尔A25～50之间，拉伸强度1.0～3.0MPa之间，伸长率在400﹪以上。其中高强度胶的用途偏重于结构性粘接兼密封。单组分湿固化聚氨酯密封胶是由端NCO基团聚氨酯预聚体与填料、增塑剂、添加剂配制而成。聚氨酯预聚体的质量和稳定性直接影响密封胶的各项技术指标。单组分聚氨酯密封胶的制备方法有两种：一种是先制备PU预聚体，再加干燥填料等原料、混合均匀；另一种是在有填料存在下制备预聚体。

1.3 聚氨酯的密封胶制备原料

聚氨酯密封胶是以NCO与活性氢化物起反应而固化为基础。少量的水分能消耗可观的含NCO的化合物。由于密封胶的基础化合物端NCO含量一般设计在较低的水平，故若原料中含有少量水分，会使NCO含量大幅度降低，极可能使制备失败；因而在密封胶的整个制备过程中，原料的脱水干燥是很重要的操作步骤，并且操作过程物料应与空气隔绝为好，以防止空气中的湿气对制备的影响。原料的水分含量应控制在0.05％以下。

对于液态原料或固态混合物的干燥，常用的方法有空气干燥、有机溶剂共沸蒸馏法除水及在水分含量较少的原料中添加水分吸附剂。对固体填料的预先除水可用中高温烘烤或烘箱干燥等方法，要注意干燥的热填料冷却过程中应避免再与湿气接触而吸湿。

聚氨酯密封胶应具有耐水解、耐久性和较好的弹性、粘接性，其原料品种繁多，配方中成分复杂。聚氨酯密封胶的原料及使用目的见下表。聚氨酯密封胶的主要成分为聚氨酯预聚物，其原料为活性氢化物及异氰酸酯化合物。填料、增塑剂及触变剂等添加剂必须是对异氰酸酯非反应性的。

1.4本文研究的应用领域及发展前景

在汽车行业，单组分湿气固化聚氨酯密封胶作为一种无可替代的粘结密封材料广泛用于汽车配件的粘结和密封，目前主要应用于：车辆和船舶的窗玻璃与主体之间的粘结与密封；车身蒙皮、铝扣板和车体内外装饰件的粘结；车身焊缝和箱体的密封；集装箱接缝的防水密封。在建筑行业，该产品目前主要应用于：大楼主结构混凝土嵌板间的水平及垂直接头的密封及缝隙的填充；住宅门窗框四周与混凝土或砖墙之间缝隙的密封；建筑幕墙、厕所附属设备等接头处的密封；屋顶缝隙的密封防漏，地板缝隙的嵌缝，地砖的铺设；空调及通风系统中所有接头的密封；给排水系统中各种材质管道接口处的粘结密封；供气系统中管道接头及泄露处的密封；地下隧道中混凝土嵌板对接头的密封；高速公路、桥梁、机场跑道等伸缩性间隙的嵌缝和密封。虽然单组分湿气固化聚氨酯密封胶在中国发展较晚，但是随着汽车、建筑等行业的快速发展，上游原材料的新近开发，配套设备性能的提高，以及国人对聚氨酯密封胶的认识的不断加深， 单组分湿气固化聚氨酯密封胶的综合性能会不断的提高，一些新的产品如无溶剂高性能环保聚氨酯密封胶，无须底涂聚氨酯密封胶，湿气不敏感、快速固化聚氨酯密封胶，硅烷改性聚氨酯密封胶等也会逐步进入市场。总之，单组分湿气固化聚氨酯密封胶将会有一个日益广阔的发展前景。

参考文献

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[10]刘益军．聚氨酯原料及助剂手册．北京：化学工业出版社2005．

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

聚氨酯密封胶是3种高性能弹性密封胶之一，对很多材料都具有良好的粘接力，且具有耐磨、耐寒、耐油、弹性好、耐震动等优点，使用寿命可达15～20年。密封胶具有优良复原性，可适用于动态接缝；粘接性好；耐紫外光、耐微生物，耐久性和耐候性，使用寿命长以及单组分聚氨酯密封胶使用方便，不用调配，易挤出，多种材料的粘接力较强，因此单组分密封胶的开发和利用备受关注。

本文拟采用以下途径进行研究：

1、配制聚醚多元醇、无机填料、增塑剂、催化剂等聚氨酯乳液；

2、对溶液进行分散并进行减压脱水

3、将制得聚氨酯乳液进行固化，分别制成所需要的形状，对其力学性能，吸水率进行测试，还需制成薄膜，对其进行红外分析；

4、结束后并对薄膜进行各方面性能测试

指导教师意见：

1．对文献综述的评语：

通过查阅资料，完成了文献综述的写作，对聚氨酯密封胶的研究有了初步的认识，为今后的实验工作打下了良好的基础

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

该课题源于工业生产中对现有聚氨酯产品的更进一步的改进要求，试图通过对现有产品进行改性以满足生产需要。为完成课题需要通过对高分子化学、高分子物理、材料改性、材料测试等课程所学理论知识融会贯通，并联系实际指导试验的方向，说明试验的结果，对基础知识的储备要求较高。同时为获得最佳配方需要进行多次试验与测试，有一定工作量。该课题能充分紧密联系理论知识与生产实际，具有一定的深度和广度，适合作为本科生毕业论文课题。

指导教师： 项尚林

2015 年1月15日

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