聚氨酯 密封剂应用与技术进展
叶青萱
我国聚氨酯密封剂行业产品品种已经比较齐全，各项研发也趋于活跃，但整体技术水平与发达国家相比仍较落
后。
单组分湿固化密封剂
单组分密封剂主要用于建筑连接处嵌缝和汽车玻璃直接安装，对施用速度、温度和湿度要求较高。建筑密封剂
常用作填缝而不起粘接作用，要求高形变下有较强的抗破坏性能，以保证在冷热交变时或在受外力冲击时能适应位
移变量而无损，基本为低模量制品。汽车挡风玻璃密封使用高模量密封剂，要求具有良好的粘接强度，且耐老化、
耐震动疲劳、耐水解、耐低温和上色性能均优良。车体粘接密封使用中模量制品，以提高抗扭曲性。
山东北方现代化学工业有限公司20世纪90年代从欧洲引进单组分湿固化型聚氨酯密封剂的技术和生产设备，
相继推出AM-130多用途聚氨酯密封剂和AM-140聚氨酯挡风玻璃密封剂等产品。在消化吸收国外技术的基础上，企
业又自主开发出AM-120系列产品，在国内获得广泛应用。该公司2003年研制出的超强度聚氨酯粘接/密封剂，表
干时间30～60min，固化速度4.0～4.7mm/24h，拉伸强度≥14.0MPa，剪切强度≥7.0MPa,断裂伸长率≥500%，撕裂
强度≥40.0N/mm，贮存期长，存放7个月后外观、性能均无明显变化。
该公司在行星式搅拌专用制胶设备中制备密封剂，其工艺可选用两种或两种以上多异氰酸酯与不同多元醇反应
制备几种预聚物，通过调节使用比例，得到高综合性能的产品：一般预聚物用量适当增多，产品拉伸强度和撕裂强
度会适当提高，炭黑、白炭黑等填料如质量不稳定对产品性能影响也很大；还应考虑不同增塑剂的增塑能力、粘度、
酸值和水分及与聚氨酯预聚物、填料及其他原料相容性等诸多因素；增塑剂、填料和预聚物的品种和用量影响硬度
和断裂伸长率；催化剂体系、用量，助催化剂用量，预聚物体系、用量、-NCO质量分数，以及施工环境温度和相
对湿度影响表干时间和固化速度。若开发汽车挡风玻璃密封剂，可添加增粘改性材料以提高拉伸强度、剪切强度和
撕裂强度等性能。
该类密封剂固化速度慢的问题一般采用双组分单包装方法解决，即以主剂和固化剂按体积比1∶1, 分别装于
两个小管内，然后合装于一个大包装挤出管内，当活塞同速将主剂和固化剂挤出进入一静态混合器，混合后注入密
封接缝，固化速度可由催化剂量、两组分活性基团活性及其配比等来调节控制。制约因素比单组分湿固化型少得多，
贮存稳定性也可得以改善。
双组分密封剂
双组分聚氨酯密封剂主要用于建筑、机场跑道、中空玻璃等粘接密封。为适应双道密封中空玻璃生产工艺，第
一道可用丁基橡胶密封，第二道用聚氨酯、聚硫或有机硅弹性密封剂。该类聚氨酯密封剂对玻璃、铝和阳极氧化钢
粘接性优良，适于动态接缝，可使中空玻璃免受风压变形，水汽渗透率和吸水率也低，近年来有成为主导密封剂的
趋势。我国已开发出该类产品，并投入小批量生产。其有效操作时间可控制在10～20min，下垂度＜12.5mm，表干
时间1h，室温下经2～3h后，即可进入下道工序。
泡沫密封剂
聚氨酯泡沫密封剂制备是由聚醚聚氨酯预聚物与各种助剂配伍后，密封于气雾罐中。使用时可瞬时喷注成硬质
泡沫，体积膨胀3倍以上，可迅速填充，密封建筑接缝或空洞，兼有绝缘、吸音、填充、密封等作用，具有粘接性
能优良，有弹性和阻燃性，凝固后收缩率小，可在冬季施工，使用方便、质轻、固化快。我国从1995年开始研制，
其后逐步推广应用。目前面临采用非CFC发泡剂体系，正在寻求解决固化速度、贮存稳定性、产品质量和批间稳定
性等问题的途径。现已有研究单位正在探索以丁烷与偏氟乙烷作发泡剂代替CFC，以改善气雾罐密封性，延长贮存
期。
硅烷改性密封剂
端硅烷聚醚为基料的弹性密封剂是优良的建筑弹性密封剂，又称为改性有机硅密封剂（MS），是由不饱和度低、
相对分子质量高的端烯丙基聚氧化丙烯经氢硅烷化制得端硅烷聚醚树脂，并添加各种改性剂制成。其使用的固化催
化剂主要是胺类或有机金属类化合物，填料种类则较多，其中经脂肪酸表面处理的碳酸钙因与树脂有良好的相容性，
可明显改善密封剂的加工和力学性能。
制备该类密封剂的关键：①制备不饱和度低、相对分子质量高的聚醚，不饱和度需≤0.01mmol/g，否则得不到
相对分子质量高，且分子质量分布窄的聚合物；②制备硅烷改性聚醚。以本体威廉森法将不饱和度低的聚醚多元醇
进行烯丙基化反应，所得端烯丙基聚醚经精制后，通过硅氢化加成反应，可制得MS。我国对MS的研制仍处于起步
阶段。
发达国家密封剂配成物中也采用端硅烷聚氨酯预聚体(SPUR)。一般SPUR的制备是以二异氰酸酯与高相对分子
质量多元醇反应制备聚氨酯预聚体中间体，采用TDI 或IPDI以及高相对分子质量（8000）聚氧化丙烯二醇作原料
（NCO/OH为1.3～1.5和0.65～0.75）。低粘度SPUR制备则采用具有两个不同活性异氰酸酯基团的二异氰酸酯为原
料，以控制预聚物相对分子质量分布。继而用硅烷将聚氨酯预聚物封端。封端剂采用N-乙基-γ-氨基丙基（或氨
基异丁基）-三甲氧基硅烷，可形成一端异氰酸酯预聚物；用异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷，可形成一端羟基预聚物。
实验证明，采用仲氨基硅烷封端剂在反应过程中可控性更强，可降低副反应产生机率，预聚体粘度也较易调节。产
品交联速率和SPUR基体系的最终性能极大程度由硅烷上有机基团所控制。
SPUR工艺不仅提供具有良好耐久性和卓越粘接性能（尤其是无孔性材料如玻璃、陶瓷等）的非异氰酸酯预聚
体，而且兼有硅氧烷的固化工艺特性和聚氨酯骨架的物理机械性能。它分子中含有的氨基甲酸酯链，可赋予密封剂
较高的内聚力和较低的低温粘度；其分子链端的三烷氧基硅烷基团交联反应性较强，可大幅降低固化催化剂用量。
较MS具有更非凡的抗化学品侵蚀性；其贮存稳定性和抗化学品能力也优于纯聚氨酯产品；固化过程无气体排出，
不产生孔穴之虞。但SPUR材料UV稳定性不如MS型产品。
采用特殊工艺和配方制造的SPUR密封剂（胶粘剂）可掺入大量添加剂，以获得各种专用性较强的材料。如采
用带有支链的氨基硅烷作粘接促进剂可制得符合建筑领域需要的低模量、高延伸率的材料；在运输领域则要求相反，
基本使用高模量制品；还可采用聚酯多元醇、非聚醚多元醇或两者混合物定制特定性能的该类材料，如采用不同类
型多元醇制成的硅烷化材料的混合物所制备的运输工具用密封剂聚合物，可大幅提高聚酯型密封剂的柔韧性，并保
持足够的刚性，其综合优势最佳；也可采用聚丁二烯二醇制备SPUR材料混合物，可获得独特的耐水、耐溶剂以及
低温柔韧性能。MS或SPUR与环氧树脂制成的复配物，柔韧性和机械强度均大幅提高，用该复配物制得的柔性粘接
物可抵御位移、冲击和热应力。
硅烷改性密封剂固化过程是通过三甲氧基硅烷与空气中湿气反应，水解聚合成三维体结构材料，胶层耐候性、
耐紫外光能力、对玻璃无底涂粘接性，不沾污性和上漆性良好。该体系无游离异氰酸酯存在，较安全环保。固化后，
因其分子主链结构不含不饱和键或高结晶性链段，密封剂仍保持柔性，聚合物粘度低，可大量掺入填料。
国内已有数家企业和科研院所研发成功不饱和度低、相对分子质量高的聚醚以及MS或SPUR。目前的研发重点
包括研制高效催化剂，以提高聚醚相对分子质量、活性和纯度；研究聚氨酯预聚物制备工艺，重点考察不同多元醇
品种及其相对分子质量、不同异氰酸酯品种、NCO/OH比值等因素对弹性固化物力学性能的影响；研究硅烷封端工
艺，考察不同硅烷封端剂的影响；开发SPUR和MS在高性能聚氨酯制品（如涂料、胶粘剂、密封剂和弹性体）中的
应用。其中，聚氨酯预聚物法工艺国内研究较多，例如：由二异氰酸酯（TDI、MDI、IPDI）和相对分子质量高的聚
环氧丙烯二醇采用NCO/OH比例为1.2～1.6，在氮气保护下，70～100℃反应，至达到设计的-NCO含量为止，以合
成端异氰酸酯基聚氨酯预聚体。继而在氮气保护下，反应温度保持在60～70℃，将含仲氨基官能团的二烷氧基或
三烷氧基硅烷迅速滴加到端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中，反应直至利用红外光谱（IR）检测体系不再有-NCO基团
的吸收峰为止，制得SPUR。
将SPUR干燥和脱水后的增塑剂、填料、颜料、触变剂、抗氧剂和光稳定剂加入双行星式混合器中，在50～120
℃、搅拌速度50～80 r/min和真空条件下混合约3h。然后将物料冷却至50℃，加入硅烷粘接促进剂、脱水剂和复
合催化剂，混合物在真空下继续搅拌30min。适当选用相对分子质量适合的聚醚以及通过调节SPUR的分子量和官
能度、填料、粘合促进剂的种类，可制得对各种基材具有良好粘接力的SPUR密封剂。例如某型号产品固化物性能
为：失粘时间5h，硬度（邵氏A）23，拉伸强度1.2MPa，100%模量0.4MPa，断裂伸长率357%；粘接强度（N/mm）:
铝4.2，玻璃4.9，PVC 4.9，ABS 3.3，PS 4.2，聚丙烯酸酯1.2，均为内聚破坏。