CN116948589B - 封闭型高模量中空玻璃封边胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚氨酯胶黏剂合成技术领域，具体涉及封闭型高模量中空玻璃封边胶及其制备方法。所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶由A组分和B组分制成，其中A组分是以含硅氧烷链段的高分子量聚醚多元醇、含苯环结构聚醚多元醇、二异氰酸酯、封端剂合成的一种封闭型聚氨酯预聚体；B组分采用含苯环结构的聚醚多元醇、固化剂、催化剂、硅烷偶联剂、填料等制备得到。通过采用高分子量含硅氧烷链段的聚醚多元醇为原料，提升了封边胶的模量；同时引入苯环结构，并调控聚氨酯刚性硬段含量，保证封边胶高模量的同时赋予其优异的力学性能和耐候性；所述的制备方法工艺简单，不使用溶剂、增塑剂，绿色环保，成本低廉，易于规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯胶黏剂合成技术领域，具体涉及封闭型高模量中空玻璃封边胶及其制备方法。
背景技术
中空玻璃常用的密封胶有聚硫胶、硅酮胶、聚氨酯胶。聚硫胶具有气密性好、耐油、耐水性好的优点，但是抗紫外能力较差；硅酮胶的强度、弹性、粘结性和耐候性较好，但抗水汽渗透能力较差；聚氨酯胶具有粘结性能好、固化快、抗位移伸缩能力强、抗水汽渗透能力强、成本低等优点，缺点是耐候性较差；中国专利CN109251714A，公开了一种高强度双组分聚氨酯中空玻璃密封胶及其制备方法，采用硅烷氧基封端的封端聚醚为原料，所制备的密封胶抗水汽渗透能力好、抗紫外线能力强以及胶的强度和粘结性好，但其配方组分中还使用了大量增塑剂，存在增塑剂迁移的缺点。中国专利CN110903806A，公开了一种中空玻璃用无溶剂型硅烷改性聚氨酯密封胶及其制备方法，采用有机硅改性聚氨酯树脂为主要原料，同时加入触变剂、增塑剂、填料和催化剂，所制备的密封胶力学性能优异，抗水汽渗透能力、抗紫外线能力优异，但是该方法生产周期长，且同样存在增塑剂迁移的问题。中国专利CN111892902B，公开了一种新型中空玻璃用双组份改性聚氨酯密封胶及其制备方法，采用3官能度封闭型聚氨酯预聚体为主要原料，所制备的密封胶气密性好，但是该预聚体黏度较高，合成过程不易控制，需要填加增塑剂降低黏度，不可避免地存在增塑剂迁移的问题。
传统的聚氨酯中空玻璃封边胶主体树脂多采用2官能度，数均分子量4000左右丙二醇基聚氧化丙烯醚多元醇与二异氰酸酯反应，然后经端氨基硅烷偶联剂封端制得。该方法存在树脂黏度高、模量低、力学性能差的缺陷。为了提升封边胶模量，通常采用提高聚醚多元醇的分子量来实现，但是该方法又会造成封边胶粘结强度、撕裂强度的下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种封闭型高模量中空玻璃封边胶，采用高分子量含硅氧烷链段的聚醚多元醇为原料，提升了封边胶的模量；同时引入苯环结构，并调控聚氨酯刚性硬段含量，保证封边胶高模量的同时赋予其优异的力学性能和耐候性；
本发明的另一个目的在于提供一种封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，该方法工艺简单，不使用溶剂、增塑剂，绿色环保，成本低廉，易于规模化生产。
本发明所采取的技术方案如下：
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶，由A组分和B组分制成，所述的A组分和B组分的质量比为（6~8）:1，其中，
A组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅰ 48~55份；
聚醚多元醇Ⅱ 2~4份；
二异氰酸酯 1.6~3份；
封端剂 0.7~1.9份；
B组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅲ 7~10份；
填料 25~33份；
固化剂 18~20份；
硅烷偶联剂 4~10份；
催化剂 0.25-0.4份；
所述的聚醚多元醇Ⅰ的数均分子量为13000~18000g·mol-1，官能度为2；
所述的聚醚多元醇Ⅱ的数均分子量为1600~2200g·mol-1，官能度为2；
所述的聚醚多元醇Ⅲ的数均分子量为1000~2000g·mol-1，官能度为2。
所述的聚醚多元醇Ⅰ的制备方法为：
（1）以双酚A或双酚S中的一种为起始剂，在催化剂作用下，催化环氧乙烷或环氧丙烷中的一种以上开环聚合，得到含苯环结构的聚醚二元醇，其数均分子量为500~1000g·mol-1；
（2）以步骤（1）制备的含苯环结构的聚醚二元醇为起始剂，在催化剂作用下，催化环氧丙烷和环硅氧烷的混合物开环聚合，精制后即得聚醚多元醇Ⅰ。
所述的步骤（1）和（2）中催化剂为甲醇钾或氢氧化钾中的一种。
所述的步骤（2）环氧丙烷和环硅氧烷的混合物中，环氧丙烷与环硅氧烷的质量比为1:（160~250），优选的，所述的环硅氧烷为六甲基环三硅氧烷（D3）或八甲基环四硅氧烷（D4）中的一种。
所述的聚醚多元醇Ⅱ为聚二甲基苯酚二元醇。优选的，聚醚多元醇Ⅱ购自沙特基础工业（中国）投资有限公司或大连中沐化工有限公司。
所述的聚醚多元醇Ⅲ以双酚类化合物为起始剂。优选的，聚醚多元醇Ⅲ为INOVOLS210H、INOVOL S215H或INOVOL S220H中的一种，购自山东一诺威新材料有限公司。
所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述的封端剂为对氯苯酚或丁酮肟中的一种；所述的填料为纳米碳酸钙、重质碳酸钙或炭黑中的一种；所述的固化剂为聚酰胺树脂，胺值为300~400mgKOH·g-1；所述的硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷或二苯基二甲氧基硅烷中的一种；所述的催化剂为二月桂酸丁基锡或螯合锡中的一种。
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，步骤如下：
S1：将聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ加入反应釜，脱水，降温，加入二异氰酸酯，反应至-NCO为0.5%~1.1%后，加入封端剂，继续反应，至-NCO为0时，即得A组分；
S2：将聚醚多元醇Ⅲ、填料、固化剂加入反应釜，脱水，降温，加入硅烷偶联剂和催化剂，搅拌，即得B组分；
S3：使用时，将制得的A组分和B组分按比例混合均匀，即得封闭型高模量中空玻璃封边胶。
所述的步骤S1中脱水温度为100~110℃，压力为-0.09~-0.08MPa，时间为1.5~2h，脱水后水分含量小于500ppm；降温后温度为70~80℃；加入二异氰酸酯后反应时间为3~4h。
所述的步骤S2中脱水温度为100~110℃，压力为-0.09~-0.08MPa，时间为1.5~2h，脱水后水分含量小于500ppm；降温后温度为20~30℃。
所述的A组分中采用高分子量的聚醚多元醇Ⅰ组分，一方面可以赋予材料更好的延伸性能，提高封边胶模量；另一方面聚醚链段增加，硅氧烷链段增加，聚醚多元醇与异氰酸酯固化后形成的氨基甲酸酯基团占比相对减少，有益于提高材料的耐候性和疏水性；同时聚醚多元醇Ⅰ与聚醚多元醇Ⅱ的主链中均含有刚性苯环结构，可以提高材料刚性硬段含量，弥补采用高分子量聚醚多元醇为原料，造成的封边胶硬度、粘结性、拉伸强度的性能的损失，改善封边胶的力学性能；
所述的B组分中聚醚多元醇Ⅲ的主链中含有刚性苯环结构，参与封边胶的固化反应，可以提高材料的粘结性能；硅烷偶联剂的引入，可以改善基材的表面能，从而改善封边胶和基材的粘结性。
常规市售的中空玻璃封边胶所用的主体树脂多为硅氧烷封端或-NCO封端，在室温条件下，上述两种结构都会和空气中的水汽反应，不利于储存。本发明中A组分是一种封闭型的聚氨酯预聚体，采用封端剂对-NCO基团进行封闭，可以保证A组分的储存稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用高分子量含硅氧烷链段的聚醚多元醇为主要原料合成封闭型高模量中空玻璃封边胶，同时赋予封边胶聚氨酯和有机硅的双重优点，力学性能、耐候性能、抗水汽渗透能力优异，性价比高；
（2）通过提高封闭型高模量中空玻璃封边胶A组分聚醚多元醇Ⅰ分子量，引入刚性苯环基团，并通过调整扩链剂用量调控聚氨酯刚性硬段含量等技术手段，实现提高封边胶模量的效果；
（3）封边胶A组分为封闭型聚氨酯预聚体，可以规避常规-NCO封端型预聚体储存过程易与空气微量水分反应造成储存稳定性变差的风险；
（4）本发明所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，环保无溶剂、无增塑剂。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但其并不限制本发明的实施；实施例和对比例中所使用的原料，如无特别说明，均为市售常规原料；
实施例和对比例中使用的部分原料说明如下：
INOVOL S210H，购自山东一诺威新材料有限公司；
INOVOL S215H，购自山东一诺威新材料有限公司；
INOVOL S220H，购自山东一诺威新材料有限公司。
实施例1
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶，由A组分和B组分制成，其中，
A组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅰ（Mn为13000g·mol-1） 55份；
聚二甲基苯酚二元醇（Mn为2000g·mol-1） 2份；
甲苯二异氰酸酯 1.6份；
对氯苯酚 1.1份 ；
B组分由以下质量份数的原料组成：
INOVOL S210H（Mn为1000g·mol-1） 8份；
炭黑 30份；
聚酰胺树脂（胺值300mgKOH·g-1） 18份；
苯基三乙氧基硅烷 4份；
二月桂酸丁基锡 0.25份。
所述的聚醚多元醇Ⅰ的制备方法为：
（1）以双酚A为起始剂，在KOH催化剂作用下，催化环氧丙烷开环聚合，即得含苯环结构的聚醚二元醇，其数均分子量为500；
（2）以步骤（1）制备的含苯环结构的聚醚二元醇为起始剂，在KOH催化剂作用下，催化环氧丙烷和D3的混合物开环聚合，经加酸中和、加吸附剂、干燥、过滤除去催化剂后即得聚醚多元醇Ⅰ；
所述的步骤（2）环氧丙烷和D3的混合物中，环氧丙烷与D3的质量比为1:250。
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，步骤如下：
S1：将聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ在110℃、-0.09MPa下真空条件下脱水2h，测试水分为310ppm，然后降温至80℃，加入配方量的甲苯二异氰酸酯，反应4h，测试-NCO达到0.6±0.1%，加入对氯苯酚，继续反应，测试-NCO为0时，即得A组分；
S2：将配方量的INOVOL S210H、聚酰胺树脂、炭黑加入反应釜，然后在100℃、-0.09MPa真空条件下脱水2h，测试水分为210ppm，然后降温至25℃，加入苯基三乙氧基硅烷和二月桂酸丁基锡，搅拌均匀，装料，氮气密封，即得B组分；
S3：使用时，将A组分和B组分按质量比为6:1混合，充分搅拌均匀，然后打胶，即得封闭型高模量中空玻璃封边胶。
实施例2
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶，由A组分和B组分制成，其中，
A组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅰ（Mn为18000g·mol-1） 48份；
聚二甲基苯酚二元醇（Mn为1600g·mol-1） 4份；
二苯基甲烷二异氰酸酯 2.25份；
丁酮肟 0.7份 ；
B组分由以下质量份数的原料组成：
INOVOL S220H（Mn为2000g·mol-1） 10份；
纳米碳酸钙 25份；
聚酰胺树脂（胺值300mgKOH·g-1） 18份；
苯基三甲氧基硅烷 10份；
螯合锡 0.35份。
所述的聚醚多元醇Ⅰ的制备方法为：
（1）以双酚A为起始剂，在KOH催化剂作用下，催化环氧丙烷开环聚合，即得含苯环结构的聚醚二元醇，其数均分子量为1000；
（2）以步骤（1）制备的含苯环结构的聚醚二元醇为起始剂，在KOH催化剂作用下，催化环氧丙烷和D4的混合物开环聚合，经加酸中和、加吸附剂、干燥、过滤除去催化剂后即得聚醚多元醇Ⅰ；
所述的步骤（2）环氧丙烷和D4的混合物中，环氧丙烷与D4的质量比为1:200。
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，步骤如下：
S1：将聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ在110℃、-0.08MPa下真空条件下脱水1.5h，测试水分为290ppm，然后降温至70℃，加入配方量的二苯基甲烷二异氰酸酯，反应4h，测试-NCO达到0.6±0.1%，加入丁酮肟，继续反应，测试-NCO为0时，即得A组分；
S2：将配方量的INOVOL S220H、聚酰胺树脂、纳米碳酸钙加入反应釜，然后在100℃、-0.09MPa真空条件下脱水2h，测试水分为230ppm，然后降温至30℃，加入苯基三甲氧基硅烷和螯合锡，搅拌均匀，装料，氮气密封，即得B组分；
S3：使用时，将A组分和B组分按质量比为7:1混合，充分搅拌均匀，然后打胶，即得封闭型高模量中空玻璃封边胶。
实施例3
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶，由A组分和B组分制成，其中，
A组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅰ（Mn为16000g·mol-1） 53份；
聚二甲基苯酚二元醇（Mn为2200g·mol-1） 3份；
二苯基甲烷二异氰酸酯 3份；
对氯苯酚 1.9份 ；
B组分由以下质量份数的原料组成：
INOVOL S215H（Mn为1500g·mol-1） 7份；
重质碳酸钙 33份；
聚酰胺树脂（胺值400mgKOH·g-1） 20份；
二苯基二甲氧基硅烷 6份；
二月桂酸二丁基锡 0.4份。
所述的聚醚多元醇Ⅰ的制备方法为：
（1）以双酚S为起始剂，在甲醇钾催化剂作用下，催化环氧丙烷和环氧乙烷的混合物开环聚合，即得含苯环结构的聚醚二元醇，其数均分子量为700；环氧丙烷与环氧乙烷的质量比为1:1：
（2）以步骤（1）制备的含苯环结构的聚醚二元醇为起始剂，在甲醇钾催化剂作用下，催化环氧丙烷和D3的混合物开环聚合，经加酸中和、加吸附剂、干燥、过滤除去催化剂后即得聚醚多元醇Ⅰ；
所述的步骤（2）环氧丙烷和D3的混合物中，环氧丙烷与D3的质量比为1:160。
所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，步骤如下：
S1：将聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ在100℃、-0.09MPa下真空条件下脱水2h，测试水分为330ppm，然后降温至80℃，加入配方量的二苯基甲烷二异氰酸酯，反应3h，测试-NCO达到1.0±0.1%，加入对氯苯酚，继续反应，测试-NCO为0时，即得A组分；
S2：将配方量的INOVOL S215H、聚酰胺树脂、重质碳酸钙加入反应釜，然后在110℃、-0.08MPa真空条件下脱水1.5h，测试水分为205ppm，然后降温至20℃，加入二苯基二甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀，装料，氮气密封，即得B组分；
S3：使用时，将A组分和B组分按质量比为8:1混合，充分搅拌均匀，然后打胶，即得封闭型高模量中空玻璃封边胶。
对比例1
采用市售聚氨酯型双组分封边胶。
对比例2
采用2官能度Mn为1600g·mol-1丙二醇起始剂聚醚多元醇（以丙二醇为起始剂，催化环氧丙烷聚合，催化剂为KOH）替代实施例2中的聚醚多元醇Ⅱ，其他原料及制备方法同实施例2。
对比例3
采用2官能度Mn为18000g·mol-1丙二醇起始剂聚醚多元醇（购自山东一诺威新材料有限公司，牌号INOVOL C2180）替代实施例2聚醚多元醇Ⅰ，其他原料及制备方法同实施例2。
分别对实施例1~3及对比例1~3制备的封边胶进行性能测试，测试方法如下：
拉伸粘结强度，参照GB/T13477.8-2017；
紫外线辐照-水浸后定伸粘结性，参照JC/T 486-2001；
热空气-水循环后定伸粘结性，参照JC/T 486-2001；
浸水后定伸粘结性，参照GB/T 14683-2003；
拉伸80%模量，参照JC/T 486-2001；
撕裂强度，参照GB/T529-2008；
断裂伸长率，参照GB/T528-2009；
检测结果见表1。
表1 性能测试结果
通过上述测试数据可以看出，在原料组分中引入极性苯环基团可以明显提升材料的力学性能。这是因为采用含苯环结构的聚醚多元醇制备的聚氨酯材料具有典型塑料的特性，苯环结构刚性大，内聚能高，从而赋予了产物更高的硬度和力学强度。硅氧烷链段的引入可以改善材料的耐候性。
Claims (6)
1.一种封闭型高模量中空玻璃封边胶，其特征在于，由A组分和B组分制成，所述的A组分和B组分的质量比为（6~8）:1，其中，
A组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅰ 48~55份；
聚醚多元醇Ⅱ 2~4份；
二异氰酸酯 1.6~3份；
封端剂 0.7~1.9份；
B组分由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇Ⅲ 7~10份；
填料 25~33份；
固化剂 18~20份；
硅烷偶联剂 4~10份；
催化剂 0.25-0.4份；
所述的聚醚多元醇Ⅰ的数均分子量为13000~18000g·mol-1，官能度为2；
所述的聚醚多元醇Ⅱ的数均分子量为1600~2200g·mol-1，官能度为2；
所述的聚醚多元醇Ⅲ的数均分子量为1000~2000g·mol-1，官能度为2；
所述的聚醚多元醇Ⅰ的制备方法为：
（1）以双酚A或双酚S中的一种为起始剂，在催化剂作用下，催化环氧乙烷或环氧丙烷中的一种以上开环聚合，得到含苯环结构的聚醚二元醇，其数均分子量为500~1000g·mol-1；
（2）以步骤（1）制备的含苯环结构的聚醚二元醇为起始剂，在催化剂作用下，催化环氧丙烷和环硅氧烷的混合物开环聚合，精制后即得聚醚多元醇Ⅰ；所述的环硅氧烷为六甲基环三硅氧烷或八甲基环四硅氧烷中的一种；
所述的聚醚多元醇Ⅱ为聚二甲基苯酚二元醇；
所述的聚醚多元醇Ⅲ以双酚类化合物为起始剂。
2.根据权利要求1所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶，其特征在于，所述的步骤（2）环氧丙烷和环硅氧烷的混合物中，环氧丙烷与环硅氧烷的质量比为1:（160~250）。
3.根据权利要求1所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶，其特征在于，所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种；所述的封端剂为对氯苯酚或丁酮肟中的一种；所述的填料为纳米碳酸钙、重质碳酸钙或炭黑中的一种；所述的固化剂为聚酰胺树脂；所述的硅烷偶联剂为苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷或二苯基二甲氧基硅烷中的一种；所述的催化剂为二月桂酸丁基锡或螯合锡中的一种。
4.一种权利要求1~3任一项所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1：将聚醚多元醇Ⅰ、聚醚多元醇Ⅱ加入反应釜，脱水，降温，加入二异氰酸酯，反应至-NCO为0.5%~1.1%后，加入封端剂，继续反应，至-NCO为0时，即得A组分；
S2：将聚醚多元醇Ⅲ、填料、固化剂加入反应釜，脱水，降温，加入硅烷偶联剂和催化剂，搅拌，即得B组分；
S3：使用时，将制得的A组分和B组分混合均匀，即得封闭型高模量中空玻璃封边胶。
5.根据权利要求4所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1中脱水温度为100~110℃，压力为-0.09~-0.08MPa，时间为1.5~2h；降温后温度为70~80℃；加入二异氰酸酯后反应时间为3~4h。
6.根据权利要求4所述的封闭型高模量中空玻璃封边胶的制备方法，其特征在于，所述的步骤S2中脱水温度为100~110℃，压力为-0.09~-0.08MPa，时间为1.5~2h；降温后温度为20~30℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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