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单组分无溶剂型聚氨酯粘接密封胶及其应用

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-14
赵 鹏
( 北京高盟新材料股份有限公司 北京 102502 )
摘  要:介绍了国家相关的法律法规,分析了车内 VOC 的来源和目前多数聚氨酯密封胶含有溶剂的原因,并介绍了一种新型环保型粘接密封材料 —— 单组分无溶剂型聚氨酯粘接密封胶的性能及其应用前景。
关键词:无溶剂;单组分;聚氨酯密封胶;胶黏剂
据澳大利亚联邦科学与工业研究组织的研究,新车内挥发性有机化合物 VOC 的浓度非常高,空气中 VOC 含量能高达 64 mg/m3。作为对比,刚装修过的大楼内的 VOC 浓度大约是 20 ~ 40 mg/m3,旧大楼里的 VOC 浓度一 般低于 1 mg/m3。当 VOC 浓度高于 10 mg/m3 时,就可能导致头疼、恶心、喉咙疼痛、乏力等中毒症状。长期接 触 VOC 能导致癌症、畸胎、损害肝脏、肾脏和中枢神经等。随着时间的推移,车内 VOC 的浓度会逐渐降低。在过了1 个月后,车内VOC 浓度会降低大约60%。6 个月后,车内VOC 的浓度降到1.5 mg/m3。2 年后车内 VOC 的浓度降到 0.4 mg/m3 [1-2]。
1 车内 VOC 来源及汽车用胶黏剂的介绍
车内VOC 主要来源于汽车内使用的化学材料,这其中包括汽车内饰材料,如坐垫、扶手、地毯、海绵和塑料配件等,也包括汽车装配过程中使用的各种胶黏剂,比如在焊装工序使用的点焊胶、折边胶、膨胀减震胶,涂装工序的焊缝密封胶、指压密封胶、隔热阻尼胶、抗石击涂料,发动机和底盘装配的平面密封胶、螺纹锁固胶,总装工序的风挡玻璃密封胶、内饰安装工序的氯丁胶、压敏胶、丁基胶等,这些工序使用到大量的胶黏剂产品,这些胶黏剂均或多或少的含有 VOC,积少成多,这些构成了车内 VOC 的主要来源。
2 国家相关法律法规对胶黏剂中 VOC 的限量
胶黏剂有溶剂型、水基型、本体型,按照国家标准 GB 18583—2008 《室内装饰装修材料 胶黏剂中有害物质 限量》,溶剂型聚氨酯类胶黏剂的有害物质限量:甲苯 + 二甲苯的 ≤150 g/kg,总挥发性有机物 ≤700 g/L;水基 型聚氨酯类胶黏剂的有害物质限量值:甲苯 + 二甲苯的 ≤10 g/kg,总挥发性有机物 ≤100 g/L;本体型聚氨酯类胶 黏剂的有害物质限量值:总挥发性有机物 ≤100 g/L。从表中数据可见,水基型和本体型的胶黏剂相对于溶剂型的 胶黏剂要环保得多,但是由于材料本身的特性及技术水平等原因,仍然会有一定量的 VOC。但是随着科技的进 步和人们环保意识的普遍增强,人们对环保的要求越来越高,人们对家居、汽车等行业中的 VOC 的容忍度越来 越低,尤其是有毒有害的溶剂如甲苯、二甲苯等,因此低 VOC 产品,特别是无溶剂型的产品越来越受关注,在汽车行业则体现的更为明显。具体见表 1 和表 2。

注:如产品规定了稀释比例或者产品有多个组分组成时,应分别测定稀释剂和各个组分中的含量,并按配比计算混合后的总量,如稀释剂的使用量为某一范围时,应按照推荐的最大使用量进行计算。
除了表 1 和表 2 的胶种,本体型胶黏剂的总挥发性有机物限量为 ≤100 g/L。
3 单组分无溶剂型聚氨酯粘接密封胶
3.1 聚氨酯密封胶的分类
聚氨酯密封胶可分为单组分和双组分,双组分聚氨酯密封胶因为施工时需要称量、配制、混合,多数为低黏度的产品,相对容易做成无溶剂型产品,适用于对抗下垂性无要求或者要求不高的场合;单组分聚氨酯密封胶 使用简便、不需要预混合、产品黏度可调节范围大,产品形式多样,不仅可以做成黏度很低的自流平产品,也可以做成立面涂覆不流淌的触变型产品,还可以做成黏度很高的,抗下垂性非常好,靠自身的黏度能承受一定重量 的产品,多数的汽车风挡玻璃胶都属于此类。
3.2 多数单组分聚氨酯密封胶含溶剂的原因
汽车总装时使用的聚氨酯密封胶多数要求具备很好的触变性,要有较高的黏度赋予产品优异的抗下垂性,但是黏度又不能过高以便施工,要易挤出、不拉丝,尤其是机械手施胶时更不允许拉丝以免拖胶,以免污染装配件 造成返工等。这两方面的要求本身就是一对矛盾,正是由于这个原因多数的聚氨酯密封胶中添加少量溶剂,一般占密封胶总量的 2% ~ 5%,虽然比例很低,但作用非常明显,能有效降低分子间的黏滞力,使产品不拉丝,易挤出,同时在静止状态下又具备较高的黏度,使产品具备优异的抗下垂性。
3.3 无溶剂型聚氨酯密封胶的市场需求
作为汽车总装用途的单组分聚氨酯密封胶对VOC 含量应该有着更苛刻的要求,因为汽车内的空间本身很小,在车内使用的胶黏剂中的溶剂会缓慢的释放到空气当中,在相对小的密闭的空间里,即使使用的胶黏剂中只有很低的溶剂含量,也可能使车内 VOC 含量超标,进而有难闻的或有刺激性气味,这会给驾乘人员带来非常不愉快的感受,对汽车品牌形象造成负面的影响。
实现聚氨酯胶黏剂低 VOC 甚至无 VOC 基本包含 3 个途径,即水性化、热熔化、无溶剂化。由于形态及使用工艺的限制,水性和热熔性胶黏剂显然无法满足风挡玻璃粘接的需要,无溶剂型聚氨酯粘接密封产品将成为汽 车用密封胶的环保化方向,随着人们环保意识的增强,无溶剂型聚氨酯密封胶的市场需求也会越来越大。
3.4 单组分无溶剂型聚氨酯粘接密封胶的应用
高盟公司针对高端客户的粘接、密封及高端维修市场等不同用途分别推出了相应三个系列的无溶剂产品,分别定位于不同的市场。其中 Surtek 3668 主要应用于汽车主机市场汽车风挡玻璃、侧窗玻璃粘接等需要实现结构粘接的位置,Surtek 3626主要应用于汽车主机市场的各种填缝密封用途,包括车门、车身框架各种焊缝的粘接密封,车身顶棚、仪表盘、地板、行李舱板、空调接缝等部位的粘接密封,Surtek 3356 则主要针对汽车维修市场的各种免底涂免活化粘接的风挡玻璃、侧窗玻璃更换等多种用途。上述产品出口至美国、俄罗斯、澳大利亚、韩国、伊朗、印度等汽车主机市场及维修市场,在国内高端的汽车维修市场、4S 店等也得到了广泛的应用,应用范围包括风挡玻璃、侧窗玻璃粘接、蒙皮及地板、空调接缝的粘接密封等多种用途,无溶剂产品的使用大大降低了车 体内的气味及 VOC 含量。
以上这些系列的单组分无溶剂型聚氨酯粘接密封胶产品在整个生产过程中完全不添加任何溶剂,通过独特的配方设计和添加特殊的触变性填料,在不使用溶剂的前提下,非常好地解决了黏度高、抗下垂和不拉丝、易挤出 之间的矛盾,使得产品在保持原有力学性能指标的基础上,同时具备无溶剂、无刺激性气味、抗下垂性极好(施胶形状宽 0.5 cm× 高 2.5 cm 不会下垂)、不拉丝、易挤出等特点。
高盟公司部分单组分无溶剂型聚氨酯粘接密封胶产品的性能指标见表 3。

4 结束语
随着汽车工业在国内的迅猛发展,全球范围内对汽车的环保性能的呼声也越来越高,一些大的汽车制造厂已经逐步对汽车用胶黏剂密封胶生产厂家提出了更高的环保要求,包括气味、VOC 含量等方面的要求日益严苛。 随着消费者环保意识的提升,整车的环保性能的提高已成为必然趋势,环保型汽车用粘接密封胶黏剂的应用空间也越来越广阔。随着汽车产品向环保节能、安全舒适、轻量化、低成本、长寿命和无公害方向发展,单组分无溶 剂型聚氨酯粘接密封胶也会在汽车行业得到更广泛的应用。
参  考  文  献
[1]  rITTer S K.New car smell[J].Science & Technology,2002,80(20): 45.
Single Component Solvent Free Polyurethane Adhesive Sealant and Its Application
ZHAO Peng ( Beijing Comens New Materials Co.Ltd,Beijing 102502,China )
Abstract: The national laws and regulations were introduced.The source of vehicle VOC and the reason of currently most polyurethane sealant containing solvent were analyzed.The performance and application prospect of a onecomponent solvent-free polyurethane adhesive sealant which is a new environment-friendly adhesive sealing material was introduced.
Keywords: solvent-free;one-component;polyurethane sealant;adhesive
作者简介:赵鹏   男,1976 年出生,项目总监,高级工程师,主要从事聚氨酯类胶黏剂、密封胶相关的研究。

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