丁基热熔密封胶

1、沈阳化工大学学士学位论文目录沈阳化工大学本科毕业论文开题报告题目:门窗双玻用热熔密封胶的研制院系:材料科学与工程学院专业:高分子材料与工程班 级: 高分子材料与工程 0705班学生姓名：吕宁指导教师：张秀斌教授论文提交日期：2011年6月25日论文答辩日期：2011年6月30日门窗双玻用热熔密封胶的研制 1第一章 文献综述 01.1 双玻密封胶的研究进展 01.2 双玻密封胶的种类和性能 11.2.1 双玻密封胶的种类11.2.2 中空玻璃密封胶的性能 11.3 双玻密封胶的应用及发展 21.4 丁基橡胶31.4.1 丁基橡胶的发展情况 31.4.2 丁基橡胶的性能51.5 丁基密封热熔胶 6

2、1.6 研究的目的和意义 7第二章 实验部分 错误!未定义书签。沈阳化工大学学士学位论文引言门窗双玻用热熔密封胶的研制引言近年来，随着石油、化工、通信电缆、动力电缆、家用电器等领域中所用热 缩制品的不断发展，推动了在热缩制品中起黏接、密封、防腐作用的配套制品一 热熔月$的发展，以满足不同的使用要求。热熔胶是一种室温呈固态，加热到一 定温度就熔化成液态流动的热塑性材料.在熔化时将其涂敷于被粘物表面，叠合冷 却至室温则将被黏物连接在一起，具有一定的黏结强度。与热固性、溶剂型、水 基型黏胶剂相比具有许多优越性，因此得到了许多工业部门的广泛应用。汽车工 业的发展也对热熔胶工业提出了更高的要求 ，提供了

3、更大的机遇。热熔胶从生产 到应用都不会对周围环境造成污染，因而有绿色胶粘剂之美称。本文研制的丁基热熔胶是热熔胶家族中的又一新产品，由于采用了丁基橡胶做主体材料，其性能与其它热熔胶相比有较大的不同，柔韧性、弹性、低温性和 老化性等远远高于其它热熔胶。该新型热熔胶，已在不同的产品生产中得到应用, 对极性材料和非极性材料都有很好的粘接性。热熔胶的性能通过接枝改性、共混 改性和反应固化等技术在逐渐的完善和提高，热熔胶的新品种和新工艺也在不断 地发展，展现了美好的前景。中空玻璃的气密性是实现其节能效果和保持其使用寿命的前提，中空玻璃 密封胶作为决定中空玻璃质量、寿命的关键因素，材料水蒸气透过率的高低是选

4、 用中空玻璃密封胶重要的指标之一。随着节能要求的提高 ，为了提升中空玻璃的 隔热性能，充气氮气、氨气等中空玻璃的应用越来越广， 这就必然要求中空玻璃 密封胶具有良好的对气体阻隔性能或较低的透气率，漏气是造成中空玻璃自然失 效的主要因素之一。另外，玻璃幕墙和空调列车用的中空玻璃使用条件较为苛刻， 对中空玻璃性能气密性与耐候、耐久性和使用寿命的要求较普通建筑窗用要高。 因此，丁基热熔密封胶另一重要特点是具有优良的耐候和耐老化性。沈阳化工大学学士学位论文文献综述第一章文献综述1.1 双玻密封胶的研究进展1865年,美国的Stetson TD最早提出了生产中空玻璃的方法1。早期中空玻 璃采用的是熔接法

5、和焊接法生产工艺。20世纪60年代后，随着聚硫密封胶在中空 玻璃领域的成功应用，中空玻璃的生产普遍改用胶接法，促进了中空玻璃的推广应 用。一般来说，门窗的散热损失约占整个建筑散热损失的 50%o其中，通过玻璃的 损失又在整个门窗中占到约75%。在现代建筑日益向高舒适度、低能耗方向发展 的今天，中空玻璃作为一种性能优良的节能产品，越来越受到人们的青睐。德国政 府规定:所有建筑全部采用中空玻璃，禁止使用普通玻璃作为建筑门窗玻璃；美国、 加拿大中空玻璃的使用比例在 80%以上。随着国家对节能材料的日趋重视以及人们环境意识的日益增强，中空玻璃在建材市场上的应用越来越广泛，同时对其质量的要求也就越来越高

6、。 其中，中空 玻璃密封胶是决定中空玻璃质量性能的主要因素，中空玻璃隔热、隔音、防霜雾性能是通过其内部一层密封、干燥的空气层来实现的。因此，密封材料对气体阻 隔性能或者说透气率的高低是选用中空玻璃密封胶最重要的指标之一。无论是传统的槽铝型中空玻璃还是新型复合胶条中空玻璃， 具密封胶的选择和使用是最重 要的一个环节。过去人们使用较多的密封胶有丁基胶、聚硫胶和硅酮胶。近几年 来聚氨醋密封胶以及经过改性的多功能聚氨酷胶迅速的发展起来，在市场上占有的比重越来越大。我们曾经成功制备出中空玻璃用聚硫密封胶和硅酮密封胶，但对其各自所存在的缺点却找不到合适的方法进行改善，而最近研制成功的硅氧烷 改性聚氨醋胶就

7、完全克服了这些缺点和不足沈阳化工大学学士学位论文文献综述1.2 双玻密封胶的种类和性能1.2.1 双玻密封胶的种类中空玻璃密封胶是指能粘接固定玻璃，使用时是非定形的膏状物，使用后经一 定时间变成具有一定硬度的橡胶状材料的密封材料。按固化方式，可分为反应型和非反应型；按产品形态分类，可分为单组分型和双组分型。对于反应型密封胶，单组分型是从容器中将密封胶挤出后利用空气中的水分或氧气进行固化的。双组分型是使用时将主剂和固化剂按规定量计量，充分混合后发生化学反应而固化的， 双组分型密封胶的固化不受涂胶厚度的影响。现在中空玻璃用密封胶，主要有聚硫橡胶系、有机硅系、聚氨酯系、丁基胶系等 4种密封胶。除丁基

8、胶为反应型单 组分热熔胶外，其他均为反应型密封胶。1.1.2中空玻璃密封胶的性能(一)聚硫橡胶系密封胶聚硫橡胶系密封胶聚硫橡胶系密封胶是以分子末端具有硫醇基(-SH)、分子中具有二硫键(-SS-)的液态聚硫橡胶为主成分的密封胶。它是弹性密封胶中历史 最长、应用实例最多的密封胶。用作中空玻璃密封胶时，使用活性二氧化钮作周化剂,为双组份型。其特性如下：(1)具有较好的粘接性；(2)具有良好的耐候性和耐 久性;(3)水蒸汽透过率低，仅次于丁基胶；(4)耐油性、耐溶剂性优良(二)丁基密封胶丁基密封胶是以聚异丁烯聚合物为主成分的单组分型热熔胶。将胶在高温、 高压下挤出，作为中空玻璃第一道密封胶，或与波纹

9、铝片做成复合胶条，直接用于 中空玻璃密封。其特征是：(1)低温下粘接性下降，因其不是化学粘接；(2)水蒸汽透 过率最小；(3)易产生错位。(三)有机硅系密封胶有机硅系密封胶是以有机硅聚合物为主要成分的密封胶。由于原胶骨架中含 有高键能的硅氧键，其耐候性、耐久性等性能优良。大部分为双组份型。特征如 下:(1)耐候性、耐久性优良；(2)耐热性、耐寒性优良；(3)耐臭氧、耐紫外线老化性 能优良；(4)对玻璃的粘接性优良；(5)由于密封胶中未反应的有机硅吸附尘埃，显示 污染性。(四)聚氨酯系密封胶聚氨酯系密封胶是以聚氨酯为主要成分的密封胶，是弹性型密封胶中价格较 低的密封胶，但其耐候性较差。大部分为双

10、组分型。其特征是：(1)价格便宜；(2)涂装性良好；(3)施工时，温度、湿度高的情况下，易产生气泡；(4)表面易老化变粘1.3 双玻密封胶的应用及发展双玻密封胶，世界各国普遍选用聚硫密封胶。因聚硫橡胶密封胶的气体隔断 性能高，各种性能的平衡性好，而得到广泛的认可。双玻密封胶中，聚硫密封胶所占 的比例，欧洲为80%,日本占88%,我国用聚硫密封胶的比例与欧洲大致相当。 而美 国热熔型丁基复合胶条使用较多，复合胶条的用量已占到总量的 40%o并且聚氨 酯密封胶的用量也较大。日本几乎不使用聚氨酯密封胶。双玻密封胶的选择，要根据本国的实际情况而定。我国双玻的使用正在普及 ，住宅门窗正推广使用PVC 塑

11、材,配套使用双玻，很大一部分采用单道密封形式。聚氨酯密封胶易老化不耐水 解;硅酮密封胶的水蒸汽、气体透过率大，难以达到不结露、不结霜的要求。中空 玻璃产品的质量关键在于密封，要求密封胶本身具有长期耐久性，其次还要求适宜 的固化速度，发挥结构型粘接强度，良好的挤出性等。具体地说，必须具有对间隔 条、玻璃的高黏接力，耐紫外线性、耐水性、高剪切强度等。可以看出，双道密封 中空玻璃的耐久性是良好的。热熔型丁基复合胶条密封的中空玻璃，其抑制水蒸汽透过能力是良好的，但其防止玻璃错位的能力很弱。而只用聚硫胶作单道密封 ， 虽抑制水蒸汽透过的能力和丁基密封胶相比差些 ，但由于单道密封的中空玻璃价 格便宜，对生

12、产设备要求不高，现仍大量采用。中空玻璃密封胶是制造中空玻璃过 程中必不可缺少的粘接密封材料，其质量的优劣和品种选用是否得当对中空玻璃 的质量有重要影响。随着对环保和建筑节能的日趋重视，中空玻璃的用量将不断增长，与之配套的中空玻璃密封胶也必将持续快速发展。由于聚硫密封胶技术成熟，综合性能较好，仍将在市场上占主导地位。聚氨酯密封胶和有机硅密封胶均可制成单组分型 对于机械化施工十分有利，如在技术上有突破，其市场前景良好。由于热熔型丁基 胶条工艺简单，水蒸汽透过率低，施工作业性好，便于提高中空玻璃生产率，目前正 致力于通过化学改性改进其低温变脆、高温变软及粘接性差的缺点3,预计市场占有率将有所扩大。1

13、.4 丁基橡胶1.4.1 丁基橡胶的发展情况丁基橡胶是异丁烯与少量异戊二烯共聚而成的一种合成橡胶，简称IIR。具有良好的化学稳定性和热稳定性，最突出的是气密性和水密性。它对空气的透过 率仅为天然橡胶的 1/7, 丁苯橡胶的1/5,而对蒸汽的透过率则为天然橡胶的 1/200, 丁苯橡胶的1/140。因此主要用于制造各种内胎、蒸汽管、水胎、水坝底 层以及垫圈等各种橡胶制品。丁基橡胶的生产始于20世纪40年代，1943年Exxon公司在美国BatonRouge工厂实现了丁基橡胶的工业化生产。1944年，加拿大Polysar公司采 用美国技术在Sarnia建成丁基橡胶生产装置。1959年后，法国、英国

14、、日本也 开始生产丁基橡胶。1991年，Bayer公司购买Polysar全部合成橡胶业务，Exxon 公司也收购了在法国的丁基橡胶生产装置，从此世界丁基橡胶的生产基本上被 Exxon和Bayer两大公司所垄断。1982年，前苏联在陶里亚蒂建成世界唯一的溶 液聚合法丁基橡胶生产装置，所用聚合反应器由苏联合成橡胶研究院和意大利 PI公司合作开发。80年代初，世界丁基橡胶生产能力约为 650kt,占合成橡胶总 产量约5%。丁基橡胶自实现工业化生产以来，原料路线、生产工艺以及聚合釜 的结构形式一直变化不大，一般采用氯甲烷作稀释剂，三氯化铝作催化剂，控制 这两者的用量可以调节单体的转化率。根据产品不饱和

15、度的等级要求，异戊二烯 的用量一般为异丁烯用量的 1.5%4.5%,转化率为60%90%。聚合温度维 持在-100c （采用乙烯及丙烯作冷却剂）。丁基橡胶的聚合是以正离子反应进行 的,反应温度低，速度快，放热集中，且聚合物的分子量随温度的升高而急剧下降。因此，迅速排出聚合热以控制反应在恒定的低温下进行，是生产上的主要问题。 聚合釜（见图）采用具有较大传热面积并装有中心导管的列管式反应器。操作时借 下部搅拌器高速旋转，增大内循环量，从而保证釜内各点温度均匀。为改善丁基橡胶共混性差的缺点，1960年以来出现了卤化丁基橡胶。这种 橡胶是将丁基橡胶溶于烷姓或环烷姓中，在搅拌下进行卤化反应制得。它含澳约

16、2%或含氯1.1%1.3%,分别称澳化丁基橡胶和氯化丁基橡胶。丁基橡胶卤化 后，硫化速度大大提高，与其他橡胶的共混性和硫化性能均有所改善，粘结性也有明显提高。卤化丁基橡胶除有一般丁基橡胶的用途外，特别适用于制作无内胎轮胎的内密封层、子午线轮胎的胎侧和胶粘剂等目前，世界上只有美国、德国、俄罗斯和意大利4个国家拥有丁基橡胶生产 技术，在国际市场上，Exxon公司和Bayer公司的丁基橡胶产品处于垄断地位， 生产能力约占世界总生产能力的80%,止匕外，这两大公司在新产品和新技术的开 发方面也处于世界领先地位。目前，中国只有中国石化燕山石油化工公司合成橡 胶厂1家生产企业，产量不能满足国内实际生产的需

17、求，每年都要大量进口，开发利用前景广阔。目前，美国Exxon公司和德国Bayer公司的丁基橡胶生产技术和新产品开发 能力在世界上处于绝对领先地位， 对外不转让技术，卤化丁基橡胶生产技术和生 产装置也只有这两家公司所有。2004年，全世界共有9个国家的12套装置生产 丁基橡胶，总生产能力为892kt/a,其中北美地区的生产能力为 393kt/a,占世界 丁基橡胶总生产能力的44.1%;欧洲的生产能力为264kt/a,占世界总生产能力的 29.6%;亚太地区的生产能力为145kt/a,占世界总生产能力的16.3%;中欧和独 联体的生产能力为90kt/a,占世界总生产能力的10.1%。其中Exxon

18、公司的丁基 橡胶总生产能力为459kt/a,占世界丁基橡胶总生产能力的 51.5%; Bayer公司的 总生产能力为255kt/a,占世界总生产能力的28.6%。全球现有的丁基橡胶生产装 置中，采用Exxon公司专利技术的有6套，其中3套可兼产卤化丁基橡胶；采 用Bayer公司生产技术的装置有2套，均可生产丁基橡胶和卤化丁基橡胶；俄罗斯的2套丁基橡胶装置、罗马尼亚和中国的各 1套装置目前只能生产丁基橡胶。1.4.2 丁基橡胶的性能丁基橡胶（IIR）是由异丁烯单体与少量异戊二烯以三氯化铝为引发剂，在 氯甲烷溶液中进行共聚而成。丁基橡胶的种类按不饱和程度的大小分为 5级，其不饱和度分别为 0.6%

19、-1.0%、1.1% 1.5% . 1.6%2.0%。、2.1%-2.5%、2.6% 33%。在每个级别中，又可据其门尼粘度的高低和所用防老剂有无污染或污染 程度分为若干个牌号。丁基橡胶分子中只含极少量的不饱和键，是低不饱和度橡胶。分子链中侧甲基的密集排列限制了聚合物分子的热运动，降低了链的柔顺性，产生了微量结晶。这些结构特征使丁基橡胶具有优良的耐候性、 耐热性、耐碱性, 透气率低，气密性好,其空气透过率比天然橡胶小一个数量级。丁基橡胶是一种黄白色粘弹性固体，它的气密性、柔顺性、粘弹性都比较好， 而且还有耐氧化，耐老化，耐酸、碱等优越性能，丁基橡胶的气密性有十分优异，其气密性为所有橡胶之首。在

20、常温下，丁基橡胶的透气系数为天然橡胶的 1/20、顺丁橡胶的1/45、丁苯橡胶的1/8、乙丙橡胶的1/13、丁月青橡胶的1/2。此 外，该橡胶还具有极好的耐热、耐天候、耐臭氧老化以及耐化学药品腐烛等性能。 经过专门的配方设计，丁基橡胶可在150170c条件下长时间使用，耐热极限可 达200C ；该橡胶的制品长期裸露于阳光与空气中，其性能变化很小，特别是 抗臭氧老化性能比天然橡胶要好1020倍；丁基橡胶对除了强氧化性浓酸以外的 酸、碱及氧化-还原溶液均有极好的抗耐性，在醇、酮及酯类等极性溶剂中，其 溶胀性很小。由于丁基橡胶典型的非极性和吸水性小（在常温下的吸水速率，是其他橡 胶的1/10-1/

21、15）特点，其电绝缘性和耐电晕性均比一般合成橡胶好，介电常数只 有2.1,而电阻率却高达1016Q *m以上，比一般的橡胶高10100倍左右。丁基橡胶由于等同周期长的分子链结构特点，因而低温下不易结晶，故其具有良好的耐寒性。该橡胶的玻璃化温度仅仅高于天然橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶 和乙丙橡胶，在-50C低温下仍具有柔软性。在其分子链内存在着较大的阻力， 所以在交变应力下，使振幅衰减较快，吸收冲击或振动的性能好，在-30150c范围内均能保持良好的减振性。由于丁基橡胶在拉伸状态下具有结晶性，所以该橡胶有较高的拉伸强度和扯断伸长率。这就意味着该橡胶不用配人炭黑进行补强 就具备较好的强度，因此可以用来

22、制造浅颜色的制品。丁基橡胶的缺点有：硫化速度慢(需要配以超促进剂和采用高温与长时间进 行硫化)、加工工艺性差(特别是自粘和互粘性极差，常常需要借助于胶粘剂或中 间层才能保证互相粘合，而且粘合力不是很高 卜常温下弹性较低、永久变形大、 滞后损失大、动态生热较高以及耐油性差。除三元乙丙橡胶外，丁基橡胶与其他 橡胶的相容性差，并用困难。丁基橡胶有冷流现象，常温放置时间长了，自己会 慢慢流淌。丁基橡胶由于具有突出的气密性和耐热性， 所以其最大的用途是制造充气轮 胎的内胎和无内胎轮胎的气密层(耗量约占该橡胶总耗量的70%。止匕外，丁基橡胶还可用来制造水胎、风胎、胶带、胶管、电线电缆、包覆胶、化工容器衬里

23、、 耐热、耐水的密封件、振动隔离件、防振缓冲器以及建筑用的防水片材等。橡胶都具有一定的老化性能。自然老化对丁基橡胶力学性能的影响对于老 化降解型橡胶，其拉伸强度和扯断伸长率都会随老化时间的延长而下降。热氧老 化对丁基橡胶力学性能的影响温度越高，其下降速率越快从宏观上来说，老化可使 丁基橡胶力学性能变差，用不同指标表征，其老化程度不一。在适用温度范围内 力学性能变化遵从时间-温度叠加原则，所研究丁基橡胶的长期使用温度不能超过 125Co从微观上来说，丁基橡胶是存在微量结晶的、含有无机晶体添加剂的混合 物。老化对其品相结构影响不明显。在热和氧的作用下，丁基橡胶会发生热氧老化反应。热氧老化温度较低时

24、，丁基橡胶以氧化交联为主，橡胶材料的密封性能变 好;热氧老化温度较高时，丁基橡胶以大分子断链为主，橡胶材料的密封性能变差。 小剂量辐照使丁基橡胶发生交联，密封性能变好；大剂量辐照使丁基橡胶发生断链 密封性能变差。1.5 丁基密封热熔胶丁基密封胶是以聚异丁烯聚合物为主成分的单组分型热熔胶。将胶在高温、 高压下挤出，作为中空玻璃第一道密封胶，或与波纹铝片做成复合胶条，直接用于 中空玻璃密封。其特征是：(1)低温下粘接性下降，因其不是化学粘接；(2)水蒸汽透 过率最小；(3)易产生错位。丁基橡胶是较早使用的一种中空玻璃密封近几年来密封胶发展速度很快，品种越来越多，应用的领域也更加广泛。液体的密封胶是

25、用于填充缝隙、密封接头。 以达到不泄漏气体、液体、灰尘等目的地一类材料。固体密封材料如垫片、密封 环等以橡胶为主体材料，称为橡胶密封件。用于防止流体介质从被密封装置中泄 漏，并防止外界灰尘、泥沙以及空气进入被密封装置内部。 由于采用了丁基橡胶 作主体材料，其性能与其它热熔胶相比有较大的不同，柔韧性、弹性、低温性和老 化性等远远高于其它热熔胶。该新型热熔胶，已在不同的产品生产中得到应用，对 极性材料和非极性材料都有很好的粘接性，尤其在车灯生产中，作为车灯粘接密封 用胶，获得了广泛的应用和用户认可。用该热熔胶制得的车灯，粘接强度高、防水 密封性能好，满足了用。热熔胶从生产到应用都不会对周围环境造成

26、污染，因而有绿色胶粘剂之美称。热熔胶具有固化速度快，可在连续自动化生产线上使用等诸多优点倍受人们 的青睐。在胶粘剂的生产和应用中（如家具封边、纸箱封箱和无线装订等）,它的产 量增长速度最快，目前正向各行各业渗透，应用面越来越广泛。本文研制的丁基热 熔胶是热熔胶家族中的又一新产品，由于采用了丁基橡胶作主体材料，其性能与其 它热熔胶相比有较大的不同，柔韧性、弹性、低温性和老化性等远远高于其它热 熔胶。该新型热熔胶，已在不同的产品生产中得到应用，对极性材料和非极性材料 都有很好的粘接性，尤其在车灯生产中，作为车灯粘接密封用胶，获得了广泛的应 用和用户认可。用该热熔胶制得的车灯，粘接强度高、防水密封性

27、能好，满足了用 户的产品使用要求。1.6 研究的目的和意义现代建筑的趋势是采用大面积玻璃甚至玻璃墙体，但单片玻璃在采光、减重、 华丽方面的优点却掩盖不住其采暖、 制冷耗能大的致命弱点，中空玻璃是解决这 一矛盾的途径之一。中空玻璃的最大优点是节能与环保。 现代建筑能耗主要是空 调和照明，前者占55%,后者占23%。玻璃是建筑外墙中最薄、最易传热的材 料。而中空玻璃具有隔热、保温、节能、隔音、防凝霜等特点，必将得到广泛应 用。冬季采暖时，窗户用普通单层平板玻璃的内测表面有冷凝水和结露现象，不仅遮挡视线，还污损窗框、窗帘、墙壁等。若采用中空玻璃则可使这种情况大大 得以改善。冬季通常情况下，中空玻璃内

28、层接触室内高湿度空气， 玻璃表面温度 也较高。而外层玻璃虽然温度低，但接触的空气湿度也低，所以不会结露。所以 要研究出性能更好的密封胶以满足市场的需求8沈阳化工大学学士学位论文实验部分第二章实验部分2.1 实验原材料及配方2.1.1 实验原材料表2.1 实验原材料原材料生产厂家基橡胶聚异丁烯B10再生基橡胶（稀）菇烯碳酸钙（CaCO3）白炭黑聚乙烯（PE）2.12实验配方沈阳化工大学学士学位论文文献综述表2.2变丁基橡胶用量时的配方（单位：克）原料克数基橡胶202530聚异戊二烯101010再生基橡胶505050菇烯404040碳酸钙101010表2.3变碳酸钙用量时的配方（单位：克）原料克数

29、基橡胶2020202025聚异戊二烯1010101010再生基橡胶5050505050菇烯4040404040碳酸钙2030404020白炭黑一一10一表2.4变白炭黑用量时的配方（单位：克）原料克数基橡胶202020202020聚异戊二烯101010101010再生基橡胶505050505050菇烯606060606060白炭黑102030405060碳酸钙一一一一40表2.5变聚异戊二烯用量时的配方（单位：克）原料克数基橡胶20202020聚异戊二烯10203040再生基橡胶30303030菇烯40404040碳酸钙40404040表2.6变聚乙烯用量时的配方（单位：克）原料克数基橡胶2020202020聚异戊二烯3030303030再生基橡胶3030303030菇烯40404