CN110283557A - 一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯‑有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法，其原料按重量份比包括：水性乳液25‑35份、聚氨酯‑有机硅改性低聚物5‑10份、钙粉40‑60份、钛白粉6‑10份、分散剂0.05‑3份、润湿剂0.05‑2份和水3‑10份，所述聚氨酯‑有机硅改性低聚物原料按重量份比包括：聚多元醇35‑60份、多异氰酸酯35‑50份、功能性硅烷偶联剂5‑10份及催化剂0.02‑0.10份，本发明涉及水性密封胶技术领域。该聚氨酯‑有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法，可实现采用聚氨酯‑有机硅协同改性水性密封胶，兼具硅烷改性聚醚胶干燥速度快、柔韧性优异和水性密封胶的低V℃、成本低廉的综合性能，本发明的水性密封胶具有附着力强和密封性能优越等性能，同时具有环保、制备工艺简单特点。

Description

一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性密封胶技术领域，具体为一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法。

背景技术

密封胶通常以石化衍生物、天然橡胶或合成橡胶等干性或半干性粘稠物为基料，辅以填料、助剂等制备而成，被广泛应用于建筑、汽车、电子等零部件的密封，然而，目前密封胶仍以硅酮胶为主，占比达到60％，尤其以玻璃胶居多，其基料组成中聚乙烯醇缩甲醛即107胶含有较高的甲醛含量，随着人们环保意识的提高，环保法规对密封胶中有机挥发物(V℃)含量的限制越来越严，低V℃甚至零V℃的密封胶产品日益受到市场青睐。

目前，低V℃甚至零V℃密封胶主要基于两个方向：其一，硅烷改性聚醚胶即MS胶，以柔性聚醚长链相连接的网络结构，这种体系不仅具有优良的耐候性、耐水性、耐老化和耐久性能，而且能有效地抑制和避免密封胶经长期使用后表面裂纹的产生，中国专利CN106634770A公开了一种透明型单组份硅烷改性聚醚密封胶及其制备方法，以有机硅改性聚醚为基料，引入硅烷偶联剂为交联体系制备出具有优异性能的MS胶，然而，其成本昂贵且制备工艺复杂，无法满足普适化应用。

另一发展方向为密封胶的水性化，日益人们的广泛关注，水性密封胶通常以水性聚合物为主体基料，包括苯丙乳液、纯丙乳液及硅丙乳液等，中国专利CN109468095A公开了一种强效防水的水性密封胶及其制备方法，通过丙烯酸共聚物乳液为主体基料，辅以聚丙烯腈纤维作为增强材料，制备出强效防水的水性密封胶，中国专利CN101967256A公开了一种环保型集装箱用水性密封胶，通过醋酸-乙烯共聚物乳液为基料，制备出一种低V℃含量的环保型水性密封胶，虽然水性密封胶随着水分干燥，能够成型为胶条，然而，未从根本上解决无机填料与有机基料之间的有效结合，导致胶条性能较差，无法媲美硅酮胶的性能。

有机-无机杂合改性，为高性能水性密封胶的制备提供新的发展方向，中国专利CN101787098A公开了一种丙烯酸酯杂合乳液的制备方法及其应用，通过利用丙烯酸乳液结构中的羧酸盐引发含环氧基的硅烷偶联剂开环共聚，制备出具有优异涂膜性能的丙烯酸酯杂合乳液，因此，基于有机-无机杂合改性，成为制备高性能水性密封胶的有效途径之一。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法。所制备的水性密封胶兼具硅烷改性聚醚胶干燥速度快、柔韧性优异和水性密封胶的低V℃、成本低廉的综合性能。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其原料按重量份比包括：水性乳液25-35份、聚氨酯-有机硅改性低聚物5-10份、钙粉40-60份、钛白粉6-10份、分散剂0.05-3份、润湿剂0.05-2份和水3-10份，所述聚氨酯-有机硅改性低聚物原料按重量份比包括：聚多元醇35-60份、多异氰酸酯35-50份、功能性硅烷偶联剂5-10份及催化剂0.02-0.10份。

优选的，所述聚多元醇为分子量为800-2000的聚醚、聚碳酸酯或四氢呋喃均聚醚二元醇中的一种或多种的组合。

优选的，所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种的组合。

优选的，所述功能性硅烷偶联剂为CoatOSil*MP200，且催化剂为有机铋或有机锡的一种或两种的组合。

优选的，所述聚氨酯-有机硅改性低聚物的粘度为1000-5000cP，且钙粉为400-1250目的重钙粉。

优选的，所述水性乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋酸-乙烯共聚乳液或硅丙乳液中的一种或多种的组合。

优选的，所述钛白粉为金红石型、锐钛型或板钛型中的一种或多种的组合。

优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸四钾中的一种或多种的组合。

优选的，所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物TEGO系列或改性聚硅氧烷共聚体溶液BYK系列中的一种或两种的组合。

本发明还公开了一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的合成：首先通过称量设备以质量分数计，分别称取相应重量比份的聚多元醇、多异氰酸酯、功能性硅烷偶联剂及催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至70-85℃反应2-4h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物；

S2、水性密封胶的制备：通过称量设备以质量分数计，分别称取相应重量比份的水性乳液、步骤S1的聚氨酯-有机硅改性低聚物、钙粉、钛白粉、分散剂、润湿剂和水加入到搅拌釜中，通过搅拌机构以转速为400-500r/min分散搅拌10-30min，然后过滤出料，即得到水性密封胶。

(三)有益效果

本发明提供了一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法，其原料按重量份比包括：水性乳液25-35份、聚氨酯-有机硅改性低聚物5-10份、钙粉40-60份、钛白粉6-10份、分散剂0.05-3份、润湿剂0.05-2份和水3-10份，聚氨酯-有机硅改性低聚物原料按重量份比包括：聚多元醇35-60份、多异氰酸酯35-50份、功能性硅烷偶联剂5-10份及催化剂0.02-0.10份，可实现采用聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，兼具硅烷改性聚醚胶干燥速度快、柔韧性优异和水性密封胶的低V℃、成本低廉的综合性能，本发明的水性密封胶具有附着力强和密封性能优越等性能，同时具有环保、制备工艺简单等特点。

(2)、该聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法，通过聚多元醇为分子量为800-2000的聚醚、聚碳酸酯或四氢呋喃均聚醚二元醇中的一种或多种的组合，多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种的组合，功能性硅烷偶联剂为CoatOSil*MP200，且催化剂为有机铋或有机锡的一种或两种的组合，可实现采用有机-无机杂合的方式，将有机基料与无机填料紧密结合，提升水性密封胶的综合性能。

(3)、该聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶及其制备方法，具体包括以下步骤：S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的合成：首先通过称量设备以质量分数计，分别称取相应重量比份的聚多元醇、多异氰酸酯、功能性硅烷偶联剂及催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至70-85℃反应2-4h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物，S2、水性密封胶的制备：通过称量设备以质量分数计，分别称取相应重量比份的水性乳液、步骤S1的聚氨酯-有机硅改性低聚物、钙粉、钛白粉、分散剂、润湿剂和水加入到搅拌釜中，通过搅拌机构以转速为400-500r/min分散搅拌10-30min，然后过滤出料，即得到水性密封胶，可实现通过简便的合成方法合成具有柔韧性好、耐介质性能优异的密封胶，生产效率高，成本低，对密封胶生产企业十分有益。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供四种技术方案：一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶的制备方法，具体包括以下实施例：

实施例1

S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的制备：各组分的原料类型及用量如表1：

表1：

制备工艺：以质量份数计，称取聚己内酯二醇(Mw＝2000)54.96份、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)35份、CoatOSil*MP200功能性硅烷偶联剂10份及0.02份有机铋催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至80℃反应3h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物。

水性丙烯酸乳液的性能：粘度为1500cP。

S2、水性密封胶的制备：以质量份数计，水性密封胶的配制组成情况如表2：

表2：

制备工艺：以质量份数计，将纯丙乳液25份、聚氨酯-有机硅改性低聚物5份、50份600目钙粉、10份锐钛型钛白粉、0.2份三聚磷酸钠、0.2份TEGO245和9.6份水加入到搅拌釜中，分散20分钟，过滤出料。

水性密封胶性能：将水性密封胶灌胶、挤出，其性能如表3：

表3：

由表3可知，本发明的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，具有附着力高、柔韧性好、表干时间快、适用期长及挤出性优异等性能，本发明的聚氨酯-有机硅协同改性水性丙烯酸乳液首先是用含环氧基团的功能性硅烷偶联剂与聚多元醇及多异氰酸酯共聚反应，将环氧基及氨基甲酸酯键引入到树脂主体结构中，制备出聚氨酯-有机硅改性低聚物；然后通过有机-无机杂合的方式，将无机填料与有机基料之间有效键合，提升水性密封胶的综合性能。本发明具有节能、环保、成本低廉等优点。

实施例2

S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的制备：各组分的原料类型及用量如表4：

表4：

制备工艺：以质量份数计，称取聚醚二醇(Mw＝2000)46.9份、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)45份、CoatOSil*MP 200功能性硅烷偶联剂8份及0.1份有机铋催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至80℃反应3h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物。

水性丙烯酸乳液的性能：粘度为3000cP。

S2、水性密封胶的制备：以质量份数计，水性密封胶的配制组成情况如表5：

表5：

制备工艺：以质量份数计，将苯丙乳液30份、聚氨酯-有机硅改性低聚物10份、50份800目钙粉、6份锐钛型钛白粉、0.2份多聚磷酸钠、0.2份BYK-345和3.6份水加入到搅拌釜中，分散20分钟，过滤出料。

水性密封胶性能：将水性密封胶灌胶、挤出，其性能如表6：

表6：

实施例3

S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的制备，各组分的原料类型及用量如表7：

表7：

制备工艺：以质量份数计，称取聚醚二醇(Mw＝2000)26.9份、聚己内酯二醇(Mw＝2000)20份、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)45份、CoatOSil*MP200功能性硅烷偶联剂8份及0.1份有机锡催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至80℃反应3h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物。

水性丙烯酸乳液的性能：粘度为2200cP。

S3、水性密封胶的制备：以质量份数计，水性密封胶的配制组成情况如表8：

表8：

制备工艺：以质量份数计，将苯丙乳液30份、聚氨酯-有机硅改性低聚物10份、50份800目钙粉、6份锐钛型钛白粉、0.2份多聚磷酸钠、0.2份BYK-345和3.6份水加入到搅拌釜中，分散20分钟，过滤出料。

水性密封胶性能：将水性密封胶灌胶、挤出，其性能如表9：

表9：

实施例4

S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的制备：各组分的原料类型及用量如表10：

表10：

制备工艺：以质量份数计，称取聚醚二醇(Mw＝2000)26.9份、聚己内酯二醇(Mw＝2000)20份、甲苯二异氰酸酯(TDI)20份、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)25份、CoatOSil*MP200功能性硅烷偶联剂8份及0.1份有机锡催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至80℃反应3h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物。

水性丙烯酸乳液的性能：粘度为4500cP。

S3、水性密封胶的制备：以质量份数计，水性密封胶的配制组成情况如表11：

表11：

制备工艺：以质量份数计，将苯丙乳液30份、聚氨酯-有机硅改性低聚物10份、50份800目钙粉、6份锐钛型钛白粉、0.2份多聚磷酸钠、0.2份BYK-345和3.6份水加入到搅拌釜中，分散20分钟，过滤出料。

水性密封胶性能：将水性密封胶灌胶、挤出，其性能如表12：

表12：

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何背离本发明的精神实质与原理所作的修饰、改变、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：其原料按重量份比包括：水性乳液25-35份、聚氨酯-有机硅改性低聚物5-10份、钙粉40-60份、钛白粉6-10份、分散剂0.05-3份、润湿剂0.05-2份和水3-10份，所述聚氨酯-有机硅改性低聚物原料按重量份比包括：聚多元醇35-60份、多异氰酸酯35-50份、功能性硅烷偶联剂5-10份及催化剂0.02-0.10份。

2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述聚多元醇为分子量为800-2000的聚醚、聚碳酸酯或四氢呋喃均聚醚二元醇中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述功能性硅烷偶联剂为CoatOSil*MP200，且催化剂为有机铋或有机锡的一种或两种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述聚氨酯-有机硅改性低聚物的粘度为1000-5000cP，且钙粉为400-1250目的重钙粉。

6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述水性乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、醋酸-乙烯共聚乳液或硅丙乳液中的一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述钛白粉为金红石型、锐钛型或板钛型中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述分散剂为三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸四钾中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求1所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：所述润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物TEGO系列或改性聚硅氧烷共聚体溶液BYK系列中的一种或两种的组合。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种聚氨酯-有机硅协同改性水性密封胶，其特征在于：其制备方法具体包括以下步骤：

S1、聚氨酯-有机硅改性低聚物的合成：首先通过称量设备以质量分数计，分别称取相应重量比份的聚多元醇、多异氰酸酯、功能性硅烷偶联剂及催化剂加入到反应釜中，在氮气保护下，升温至70-85℃反应2-4h，至体系NCO含量达到理论值时，降温出料，即得到聚氨酯-有机硅改性低聚物；

S2、水性密封胶的制备：通过称量设备以质量分数计，分别称取相应重量比份的水性乳液、步骤S1的聚氨酯-有机硅改性低聚物、钙粉、钛白粉、分散剂、润湿剂和水加入到搅拌釜中，通过搅拌机构以转速为400-500r/min分散搅拌10-30min，然后过滤出料，即得到水性密封胶。