CN105085863A - 一种低黏度硅烷改性聚合物及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低黏度硅烷改性聚合物技术领域，尤其涉及一种应用于低毒性RTV密封胶和胶黏剂的低黏度硅烷改性聚合物及其生产工艺，其包括聚氨酯，聚醚，聚丙烯酸酯或其他任意有能够反应的游离活性羟基基团的线性或交联聚合物、氨基甲酸酯基团，相比于现有的三甲氧基硅烷γ-硅烷封端聚合物具有更低的粘度值，粘度在20000-30000mPa.s之间，在找到合适的除水剂之后，可以通过调控配方把表干时间控制在15分钟到1.5小时之间，这样可以制成和现有PU胶性能相似的更为便宜的密封胶。
Description
【技术领域】
本发明涉及低黏度硅烷改性聚合物技术领域，尤其涉及一种应用于低毒性RTV密封胶和胶黏剂的低黏度硅烷改性聚合物及其生产工艺。
【背景技术】
在过去的25年中，硅烷封端聚醚和硅烷封端聚氨酯聚合物在单组份湿固化体系中替代标准异氰酸酯封端，聚氨酯的发展过程显示它们是可以替代PU预聚物的低毒性聚合物，第一代双官能团聚合物已经在汽修挡风玻璃密封胶中取代了传统的基于TDI制成的PU密封胶，因为这些硅烷改性聚合物不含有任何芳香官能团，所以显示出了非常显著的抗UV性能，第一代聚合物需要高含量含锡催化剂和高一元醇聚醚含量导致不能够在大容积建筑和胶黏剂市场替代PU预聚物的可能性。
另外一种聚合物设计路线是聚氨酯预聚物被各种类型仲氨基丙基三甲氧基硅烷封端，封端产物具有更好的三甲氧基交联效果，并且产出低一元醇DMC高分子量聚醚，这种方法设计出的聚合物可以和标准PU预聚物一样使用高含量的DIDP塑化剂，生产出的密封胶和胶黏剂具有高回复率，低锡类催化剂含量，是好的PU预聚物的替代物，然而一个很大的缺点是聚合物粘度高达50000mPa.s-100000mPa.s，需要在预聚物中使用20%含量以上的塑化剂才能够在工厂中使用这些聚合物，这些聚合物的很难从桶中倒干净。
PU预聚物和氨基硅烷封端的聚氨酯具有很高的粘度是因为氨基甲酸酯基团中双键氧原子和相邻聚合物链中氮原子上面的氢原子形成了弱键氢键因而增加了粘度，标准方法是加入二甲苯和塑化剂降低聚氨酯预聚物和氨基硅烷封端STPE的粘度。
因此，为克服上述技术的不足而设计出一款安全低毒性低黏度聚合物，并且确保能够用相似生产工艺制密封胶，能够替代目前的不具备如抗紫外性能等物理性能的PU密封胶的一种低黏度硅烷改性聚合物，正是发明人所要解决的问题。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低黏度硅烷改性聚合物，安全低毒性低黏度聚合物，并且确保能够用相似生产工艺制密封胶，能够替代目前的不具备如抗紫外性能等物理性能的PU密封胶。
为实现上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种低黏度硅烷改性聚合物，其包括聚氨酯，聚醚，聚丙烯酸酯或其他任意有能够反应的游离活性羟基基团的线性或交联聚合物、氨基甲酸酯基团。
进一步，所述聚合物还包括除水剂和反应延迟剂。
进一步，所述除水剂为乙烯基三甲氧基硅烷、唑烷衍生物除水剂、ZoldineMS-PLUS除水剂中的任意一种。
进一步，所述聚合物中包括乙烯基三甲氧基硅烷和二甘醇混合物。
进一步，所述聚合物中乙烯基三甲氧基硅烷的含量为0.5%和二甘醇含量为0.5%。
一种低黏度硅烷改性聚合物的生产工艺，工艺包含以下操作步骤，
（1）在充分搅拌的标准实验室烧杯中，5kg的12000分子量的低一元醇DMC催化OH值为10.0的聚醚在氮气条件下和27.0gHDI反应，用红外光谱检测直至NCO基团含量低于1%，聚醚分子链扩链至大约25000MW平均分子量，在第二个反应步骤，剩余的OH基团和130g3-异氰酸基丙基-三甲氧基硅烷反应，直至红外光谱检测不到残余NCO基团，大约需要在75℃用最常用PU催化剂催化条件下反应6小时，25℃条件下，这种树脂的粘度在50000-55000mPa.s之间；
（2）树脂在实验室烧杯中冷却到40℃，然后加入25g乙烯基三甲氧基硅烷和25g二甘醇，混合均匀粘度立即明显降低，在冷却后室温条件下粘度降低至30000-32000mPa.s，然后装入1L金属样品包装罐；
（3）通过红外光谱检测仪检测到在2242cm-1没有任何峰，说明残余的NCO基团都会和二甘醇快速反应，在25℃未除水，实验室玻璃皿中50%湿度，用1%含量DBTDL催化聚合物的条件下，表干时间大概为60分钟，固化7天后，绍尔硬度（A)大概在20左右，在不含锡配方中，这些聚合物可以在钛酸酯催化剂和KH792仲胺基硅烷协同作用下催化固化。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：为了在庞大的建筑密封胶市场和普通胶黏剂市场中替代标准TDI和MDI预聚物，本发明为安全低毒性低黏度聚合物，并且确保能够用相似生产工艺制密封胶，本发明稳定的更低黏度的聚合物，除水剂和固化抑制剂，这样他们可以在通常生产大批量聚氨酯密封胶的设备中生产所需的产品，能够替代目前的不具备如抗紫外性能等物理性能的PU密封胶配方，相比于现有的三甲氧基硅烷γ-硅烷封端聚合物具有更低的粘度值，粘度在20000-30000mPa.s之间，在找到合适的除水剂之后，我们可以通过调控配方把表干时间控制在15分钟到1.5小时之间，这样可以制成和现有PU胶性能相似的更为便宜的密封胶。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
这些聚合物由聚氨酯，聚醚，聚丙烯酸酯或其他任意有能够反应的游离活性羟基基团的线性或交联聚合物，设计选择不同的主链是为了在活性羟基基团与三官能团或是二官能团γ-异氰酸硅烷反应后达到需要的硬度，拉伸和伸长性能，这些可以是已知的γ和β和α硅烷，这些合成路线在很多专利中都有详述，加入的氨基甲酸酯基团的含量不同可导致合成化合物粘度高于本专利优选实施例中低一元醇聚醚链合成聚合物50%-200%，DMC催化剂聚醚聚合物制成的密封胶具备一些良好的物理性能，在举例配方中有所显示。
这些硅烷封端聚醚性能稳定，但是需要在某些阶段加入除水剂和反应延迟剂，这样可以让客户能够用不同种类含有高达2000ppm水分的填料（如碳酸钙），甚至可以在干燥步骤之后添加这些填料，常用除水剂是乙烯基三甲氧基硅烷，各种更快氨基甲酸酯硅烷和聚氨酯配方中常用的例如唑烷衍生物的除水剂。
少量乙烯基三甲氧基硅烷和二甘醇混合可以对三甲氧基硅烷封端聚醚和聚氨酯粘度产生巨大影响，只要加入0.5%乙烯基三甲氧基硅烷和0.5%二甘醇，氢键可降低高达90%。在这些常规的密封胶生产过程中，二甘醇和这些添加剂联合作用在真空条件下迅速去除填充物中的水分残余，研究表明小剂量的单组份二甘醇也可以降低粘度，并且可以延迟三甲氧基硅烷的固化反应。
在PU密封胶配方中通常加入毒性很强的对甲苯磺酸异氰酸酯（PTSI），反应速度比异氰酸酯封端的聚合物快导致需要使用如PTSI等快速除水剂降低水分含量，到目前为止，以硅烷封端聚醚聚合物为原材料的密封胶配方没有其他类似除水剂选择，虽然氨基甲酸酯硅烷能够更快的干燥粉末，但是如果水汽含量未知并且添加除水剂过量的话氨基甲酸酯硅烷会交联聚合物主链，这种新技术混合树脂也需要有相似的添加剂，我们研究发现陶氏子公司生产的ZoldineMS-PLUS除水剂是比较合适的添加剂。
加入这些添加剂和阻滞剂，我们可以采用一种低毒性且具有现有PU密封胶相似的控制固化速度的方法用这种独特的低黏度聚合物生产密封胶。下面我们在不做限制的基础上演示这项发明的一些特性。
三甲氧基硅烷封端混合物A
在充分搅拌的标准实验室烧杯中，5KG的12000分子量的低一元醇DMC催化OH值为10.0的聚醚在氮气条件下和27.0gHDI反应。用红外光谱检测直至NCO基团含量低于1%，聚醚分子链扩链至大约25000MW平均分子量。在第二个反应步骤，剩余的OH基团和130g3-异氰酸基丙基-三甲氧基硅烷反应，直至红外光谱检测不到残余NCO基团。大约需要在75℃用最常用PU催化剂催化条件下反应6小时。25℃条件下，这种树脂的粘度大概在50000-55000mPa.s之间。
树脂在实验室烧杯中冷却到40℃，然后加入25g乙烯基三甲氧基硅烷和25g二甘醇，混合均匀粘度立即明显降低，在冷却后室温条件下粘度降低至30000-32000mPa.s，然后装入1L金属样品包装罐。
通过红外光谱检测仪检测到在2242cm-1没有任何峰，说明残余的NCO基团都会和二甘醇快速反应。在25℃未除水（实验室玻璃皿中50%湿度）用1%含量DBTDL催化聚合物的条件下，表干时间大概为60分钟。固化7天后，绍尔硬度（A)大概在20左右。在不含锡配方中，这些聚合物可以在钛酸酯催化剂和KH792仲胺基硅烷协同作用下催化固化。
三甲氧基硅烷封端混合聚合物A2.
聚合物变种A2和混合聚合物A合成路线相同,需要另外添加30gZoldineMS-Plus。这种情况适用于受限于烘干条件但想要使用化学方法干燥粉末的生产厂家。
混合聚合物A制成的密封胶配方
当一个制造商没有粉末干燥设备却想要用此法制造密封胶时，使用标准的5L实验室行星搅拌机，通氮真空低压条件下可以用混合聚合物A2制造一些密封胶样品，检测碳酸钙水分含量高于2000ppm.
基础配方以份为单位并且根据所使用的混合器调整。
混合树脂A2100份
DIDP塑化剂80份
乙烯基三甲氧基硅烷1份
Takehara轻质碳酸钙100份
Omyacarb重质碳酸钙100份
二氧化钛涂料级50份
硅烷偶联剂KH7924份
DBTDL催化剂1份
TinuivinB753份
AerosilR2024份
甲醇1份
使用混合聚合物A2制成的建筑类接缝密封胶的力学性能。
表干时间54分钟
粘度cp120000
下垂性(mm)0.0客户特殊测试
挥发性有机物1.50%损失
SGg/cm31.44
拉伸强度1.55n/mm2
弹性拉伸%630%
绍尔硬度（A）32
混凝土附着力30天后95%有凝聚力
稳定性在高密度聚乙烯常规厚度条件下超过9.0个月
虽然这里说明和描述了这个专利的主要实施方案，并不意味着描述了这个专利的所有可能用途。更多的描述了如何使用第二代混合聚合物合成低毒性并且具有商业可行性的PU预聚物替代品。这些例子显示密封胶性能与基于TDI异氰酸酯的PU密封胶相似。
Claims (6)
1.一种低黏度硅烷改性聚合物，其特征在于：其包括聚氨酯，聚醚，聚丙烯酸酯或其他任意有能够反应的游离活性羟基基团的线性或交联聚合物、氨基甲酸酯基团。
2.根据权利要求1所述的一种低黏度硅烷改性聚合物，其特征在于：所述聚合物还包括除水剂和反应延迟剂。
3.根据权利要求2所述的一种低黏度硅烷改性聚合物，其特征在于：所述除水剂为乙烯基三甲氧基硅烷、唑烷衍生物除水剂、ZoldineMS-PLUS除水剂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种低黏度硅烷改性聚合物，其特征在于：所述聚合物中包括乙烯基三甲氧基硅烷和二甘醇混合物。
5.根据权利要求4所述的一种低黏度硅烷改性聚合物，其特征在于：所述聚合物中乙烯基三甲氧基硅烷的含量为0.5%和二甘醇含量为0.5%。
6.根据权利要求1所述的一种低黏度硅烷改性聚合物的生产工艺
其特征在于：工艺包含以下操作步骤，
（1）在充分搅拌的标准实验室烧杯中，5kg的12000分子量的低一元醇DMC催化OH值为10.0的聚醚在氮气条件下和27.0gHDI反应，用红外光谱检测直至NCO基团含量低于1%，聚醚分子链扩链至大约25000MW平均分子量，在第二个反应步骤，剩余的OH基团和130g3-异氰酸基丙基-三甲氧基硅烷反应，直至红外光谱检测不到残余NCO基团，大约需要在75℃用最常用PU催化剂催化条件下反应6小时，25℃条件下，这种树脂的粘度在50000-55000mPa.s之间；
（2）树脂在实验室烧杯中冷却到40℃，然后加入25g乙烯基三甲氧基硅烷和25g二甘醇，混合均匀粘度立即明显降低，在冷却后室温条件下粘度降低至30000-32000mPa.s，然后装入1L金属样品包装罐；
（3）通过红外光谱检测仪检测到在2242cm-1没有任何峰，说明残余的NCO基团都会和二甘醇快速反应，在25℃未除水，实验室玻璃皿中50%湿度，用1%含量DBTDL催化聚合物的条件下，表干时间大概为60分钟，固化7天后，绍尔硬度（A)大概在20左右，在不含锡配方中，这些聚合物可以在钛酸酯催化剂和KH792仲胺基硅烷协同作用下催化固化。
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