空心玻璃微珠不同表面处理方法对聚氨酯密封胶体系的影响

2022-05-20

一、聚氨酯密封胶概述

       聚氨酯密封胶(polyurethanesealant)系以聚氨酯橡胶及聚氨酯预聚体为主要成分的密封胶。此类密封胶具有高的拉伸强度、优良的弹性、耐磨性、耐油性和耐寒性,但耐水性,特别是耐碱水性欠佳。聚氨酯密封胶广泛用于建筑物、广场、公路作为嵌缝密封材料,以及汽车制造、玻璃安装、电子灌装、潜艇和火箭等的密封。

       异氰酸酯是聚氨酯密封胶的主要原料,常见的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI,或称粗MDI)等。异氰酸酯容易与包含有活泼氢原子的化合物∶胺、水、 醇、酸、碱发生反应。所以产品应贮存于阴凉、通风、干燥的库房内,远离火种、热源。严格防水、防潮,避免光照。在制造过程中,原材料和产品都需要严格控制水分含量。

        PAPI实际上是由50%MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)与50%官能度大于2以上的多异氰酸酯组成的混合物。用于制造聚氨脂胶粘剂,也可直接加入橡胶胶粘剂中,改善橡胶与尼龙的粘接性能。

二、空心玻璃微珠在聚氨酯密封胶的应用

         空心玻璃微珠(Hollow Glass Spheres,简称HGS)应用于聚氨酯密封胶中,能在聚氨酯封胶的性能和制造中起到诸多积极作用:

1、轻量化。HGS是空心球体,真密度为(0.12~0.70g/cm3),作为一种轻质填料,加入聚氨酯密封胶中,可以大幅度地降低其密度。轻量化的一个直接效果就是可以大幅度降低体积成本。

2、低导热HGS是严密完美的空心正球体,内部是稀薄的气体,导热系数在0.038~0.060(W/m.K)之间,加入电子灌封胶中,可以有效地降低其导热系数,提高其隔热、隔音的作用。

3、保型性好。HGS的球形结构能有效减少膏状物的粘连性,防止密封胶出现拉丝现象,提高保型性。

4、高流动性。HGS球体结构类似滚珠轴承,在聚氨酯密封胶中起到润滑的作用,防止形状不规则的其他填料相互摩擦影响流动性,从而降低了聚氨酯密封胶黏度,增加了流动性。

5、易分散。HGS为微米级粉体,且为球体,球体的微粒决定了其有最小的比表面积及低吸油率,比片状、针状或不规则形状的填料更易分散。

       空心微珠表面PH值8-9.5,表面残留的碱性物质可与异氰酸酯发生反应,可能造成聚氨酯密封胶粘度变大。因此,在使用前须对微珠表面进行改性处理。那么,究竟该采用那种方式对微珠表面进行改性处理呢?

三、不同偶联剂表面处理的区别

       偶联剂是一种具有两种活性基团的化合物,其分子中一部分是亲无机的基团,可与无机物表面起化学作用形成化学键;另一部分是亲有机的基团,通过和树脂基体中的活性基团的加成或聚合反应形成化学键。通过偶联剂分子,无机相和有机相能够紧密结合,增强界面粘合力,从而改善材料的性能。常用偶联剂大体可以分为三类:硅烷偶联剂,钛酸酯偶联剂,有机铬化合物。硅烷偶联剂是目前用量最大、品种最多且改性效果明显的一类偶联剂。我们通过一个简单的模拟实验来验证微珠表面处理后是否能够改善其在聚氨酯密封胶中的使用效果。

实验方法

1、在一次性容器中加入PAPI,分别加入不同偶联剂表面处理的空心玻璃微珠,搅拌均匀,真空脱泡,在标准条件下测试初始粘度。

2、测完后用塑料膜覆盖容器口,并用橡皮筋箍紧,避免物料直接接触空气,但塑料膜的覆盖不足以完全隔绝水汽,可以加快实验进程。

3、考察PAPI粘度随时间的变化,粘度的变化可以反映密封胶的储存性。

4、空心玻璃微珠选用圣莱特HS42(真密度0.42 g/cm3,抗压强度8000psi,D90为40µm);

5、表面处理剂选用KH560(γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷)和Si-69(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基] 四硫化物)。

表1:PAPI中加入微珠后粘度随时间变化

表1: PAPI加入微珠后粘度随时间变化趋势

        从上图中可以更直观的看出,未经表面处理的空心玻璃微珠加入PAPI中粘度变化最大;经过表面处理的空心玻璃微珠加入PAPI中粘度随时间变化较小。通过对比可以看出表面改性优势明显,因此表面改性是优化空心玻璃微珠等无机粉体材料应用性能的关键技术之一,对提高材料的应用性能和价值起着至关重要的作用。

        本次实验数据仅选取了两种常用的偶联剂,根据密封胶种类和应用场景圣莱特可推荐其他特殊表面处理的微珠,帮助客户解决不同的需求。

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