汽車玻璃與聚氨酯密封膠密封底涂劑的合成與性能研究

汽車玻璃與聚氨酯密封膠密封底涂劑的合成與性能研究

進(jìn)入21世紀(jì)后，中國(guó)的汽車工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，汽車產(chǎn)量達(dá)到了世界的第一位。現(xiàn)在汽車擋風(fēng)玻璃普遍采用單組分濕固化的聚氨酯密封膠粘接密封。全世界幾乎90%生產(chǎn)的汽車擋風(fēng)玻璃采用直接上玻璃工藝,美、歐、日則完全使用膠粘劑粘接汽車擋風(fēng)玻璃。這種設(shè)計(jì)不但可以提高車體的密封性能和可靠性,而且可以減輕車體自重。為了保障行車及突發(fā)事件時(shí)的安全,要求密封膠與基材的粘接在破壞試驗(yàn)時(shí)達(dá)到完全內(nèi)聚破壞。在玻璃與聚氨酯密封膠之間涂刷一層底涂劑是目前最常用的辦法。這就要求底涂劑對(duì)玻璃和聚氨酯密封膠都具有很好的粘接力,并能在15min內(nèi)完成表干以適應(yīng)車廠裝配線的要求。TrabesingerG、TeysseireR、丁云香和SchwoeppeD,等先后發(fā)表過相關(guān)的專利,對(duì)于底涂劑的研發(fā)思路和性能提出了各自的見解。本研發(fā)采用低相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯多元醇與脂肪族二異氰酸酯反應(yīng)先制得聚氨酯預(yù)聚體溶液,用HDI三聚體和KH-590按比例混合攪拌制得一種同時(shí)含有硅甲氧基和異氰酸酯官能團(tuán)的反應(yīng)產(chǎn)物(YP-2),再將預(yù)聚體溶液、YP-2、乙酸乙酯、炭黑、二月桂酸二丁基錫(T-12)一起進(jìn)行球磨,制得聚氨酯密封膠底涂劑。該底涂劑不但使聚氨酯密封膠與玻璃基材牢固粘接,而且具有優(yōu)異的成膜性能,實(shí)現(xiàn)了漆膜的快速表干,以滿足車廠流水線裝配。1試驗(yàn)部分1.1其他工業(yè)三聚體聚酯多元醇(POL-1180),工業(yè)級(jí),青島新宇田化工有限公司;硅烷偶聯(lián)劑(KH-590),工業(yè)級(jí),杭州沸點(diǎn)化工有限公司;異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),工業(yè)級(jí),拜耳公司;HDI三聚體,工業(yè)級(jí),巴斯夫公司;乙酸乙酯,分析純,山東省化工研究院;炭黑(CABOT330R),卡博特化工有限公司;二月桂酸二丁基錫(T-12),工業(yè)級(jí),高施米特化工有限公司;三乙胺(TEA),分析純,國(guó)藥集團(tuán)。1.2合成工藝1.2.1nco預(yù)聚體溶液的制備將POL-1180在110℃下真空干燥3h,降溫至60℃加入IPDI,緩慢升溫并使溫度維持在80℃左右反應(yīng),直到體系的NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到理論值7.9%,降溫至70℃以下加入乙酸乙酯(質(zhì)量為POL-1180與IPDI質(zhì)量總和的50%),繼續(xù)攪拌分散均勻,制得端基為NCO的預(yù)聚體溶液。1.2.2yp-2的合成將7份HDI三聚體、3份KH-590混合后加入0.01份TEA攪拌3h,制得一種同時(shí)含有硅甲氧基和異氰酸酯官能團(tuán)的反應(yīng)產(chǎn)物YP-2。1.2.3球磨機(jī)底涂碳黑的制備將30份預(yù)聚體溶液、10份YP-2、4份炭黑、和0.005份T-12加入到球磨機(jī)中,球磨12h,制得NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為3%的底涂劑。1.3玻璃膠密封膠試片密封膠注意事項(xiàng)選用的浮法玻璃試片尺寸:75mm×25mm、50mm×50mm,涂膠表面需用丙酮等溶劑除去油污、灰塵,并且干燥,后用脫脂棉球蘸取底涂劑均勻涂抹在玻璃片表面,靜置15min后涂覆汽車風(fēng)擋玻璃用密封膠,兩個(gè)玻璃試片用密封膠平行搭接的長(zhǎng)度為12.5mm,密封膠厚度約4mm,用刮刀刮去試樣周圍余膠,膠內(nèi)部不得有氣泡。底涂劑刷涂面積應(yīng)完全覆蓋并大于施膠面積,見圖1。1.4測(cè)試1.4.1底涂劑試片的制備表干時(shí)間按照GB/T1728—1979測(cè)試,在標(biāo)準(zhǔn)條件下,用棉球蘸取少量底涂劑樣品,均勻涂于玻璃試片上。在距膜面邊緣不小于1cm的范圍內(nèi),每隔1min在底涂劑膜表面上輕輕放上一個(gè)脫脂棉球,用嘴距棉球10～15cm,沿水平方向輕吹棉球,如能吹走,膜面不留有棉絲,即認(rèn)為表干。1.4.2拉伸和破壞強(qiáng)度測(cè)定剪切強(qiáng)度按照GB/T7124—2008測(cè)試,制備的試樣在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置7d后,在拉力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試,拉伸速度200mm/min,根據(jù)實(shí)測(cè)搭接面積計(jì)算剪切強(qiáng)度值。如果破壞形式出現(xiàn)界面破壞,測(cè)量界面破壞面積,計(jì)算界面破壞面積占整體破壞截面的比例。破壞類型按照GB/T16997—1997測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1kh-400中的基將制得的聚氨酯底涂劑進(jìn)行紅外分析,見圖2。由圖2可知,2268cm-1處為異氰酸酯的特征吸收峰,1732cm-1處為氨基甲酸酯C==OC=Ο的伸縮振動(dòng)吸收峰,1725cm-1為聚酯多元醇中C==OC=Ο伸縮振動(dòng)吸收峰,1082cm-1處對(duì)應(yīng)著硅甲氧基中碳氧鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰,2938～2864cm-1處的雙重峰為甲基、亞甲基碳?xì)滏I的伸縮振動(dòng)吸收峰,在譜圖中沒有發(fā)現(xiàn)巰基的吸收峰,說明KH-590中的巰基已經(jīng)與異氰酸酯基反應(yīng)完全。2.2預(yù)聚體溶液添加量對(duì)底涂劑施工性能的影響表干時(shí)間對(duì)施工性能有一定的影響,本實(shí)驗(yàn)改變預(yù)聚體溶液在體系中的比例,以分析預(yù)聚體與底涂劑成膜時(shí)間的關(guān)系,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。由表1可知,隨著預(yù)聚體溶液添加量的增加,底涂劑的表干時(shí)間隨之縮短,適合工廠流水線式生產(chǎn)的要求,但是添加量過高,即添加到質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%時(shí),雖然表干時(shí)間很短,但是在實(shí)際操作中隨著溶劑的揮發(fā),底涂劑會(huì)在基材表面迅速成膜,反而不利于底涂劑在基材表面的刷涂施工與浸潤(rùn),試驗(yàn)中當(dāng)預(yù)聚體溶液占底涂劑總量的比例在30%時(shí),底涂劑6min可以表干,并且施工性能好,與基材浸潤(rùn)良好。2.3yp-2添加量對(duì)底涂劑粘接力的影響改變YP-2在體系中的比例,觀察其含量對(duì)底涂劑粘接力的影響,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。由表2可知,YP-2的添加量對(duì)底涂劑的粘接力影響很大,適當(dāng)增加其在底涂劑中的比例可以明顯提高底涂劑的粘接能力。當(dāng)添加量大于底涂劑總量的8%時(shí),底涂劑可以與聚氨酯密封膠和玻璃都有很好的粘接力,剪切試驗(yàn)的破壞形式均為內(nèi)聚破壞。3添加量對(duì)快