[发明专利]一种硅烷封端聚氨酯的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅烷封端聚氨酯的合成方法。

背景技术

目前市场上主要的密封胶产品有聚硫密封胶、硅酮密封胶和聚氨酯密封胶。聚硫密封胶是应用最早的一类弹性密封胶，它一般以铅类氧化物作固化剂，低温固化速度慢，固化物压缩性大，老化后易变硬且有开裂现象发生，胶料有臭味，因此近年来消费量逐渐下降。硅酮密封胶是二十世纪六十年代问世的一种有机硅弹性体，它以羟基封端的聚有机硅氧烷与交联剂相配合作为基础胶料，依靠空气中的水份硫化。随交联剂的品种不同，可分为醋酸型、醇型、酮肟型、酰胺型、丙酮型等。硅酮密封胶固化快、不起泡，能与无孔材料表面牢固粘接，胶层耐热、耐老化，但其装饰性差，而且其增塑剂很容易迁移到表面，导致其耐污性差。聚氨酯密封胶使用方便，具有优良的机械性能、弹性好、耐低温、耐油、粘接性好，适用于动态接缝密封，性能可调范围宽。但聚氨酯耐热、耐水性能差。通常的单组份聚氨酯是依靠端基异氰酸酯和水反应实现固化，端基异氰酸酯和水反应释放出CO₂，易使胶层起泡甚至产生裂纹。鉴于此，为了综合硅酮密封胶和聚氨酯密封胶的优异性能，硅烷封端聚氨酯密封胶作为新一代密封胶产品一经上市即得到广泛的应用。它的主链为聚氨酯结构，端基是硅酮胶结构，因此是采用硅酮密封胶的固化机理进行交联固化，综合了硅酮密封胶和聚氨酯密封胶的性能。此外，硅烷封端聚氨酯密封胶中不含游离的异氰酸酯，产品更具环保性。

硅烷封端聚氨酯预聚物的合成有两种工艺，一种是一步法，即采用带异氰酸酯基的硅烷与末端为羟基的聚醚(聚酯)反应，得到目标产品；另一种是两步法，即先用末端为羟基的聚醚(聚酯)与二异氰酸酯反应，获得异氰酸根(NCO)封端的聚氨酯预聚物，然后用硅烷与该预聚物反应，获得目标产品。这两种工艺都需要使用适当的催化剂以促进NCO与活性氢的加成反应，其中最为常用和最有效的催化剂是有机锡催化剂(常用的有二月桂酸二丁基锡，二醋酸二丁基锡，辛酸亚锡等)和碱性物质(氢氧化钾KOH，氢氧化钠NaOH等)。但是这些催化剂既可催化NCO与活性氢的加成反应，也可催化水解性硅烷的水解缩聚反应，因此容易使硅烷封端的聚氨酯预聚物在储存过程中过早发生水解缩聚而凝胶化，导致预聚物报废。同时随着环保要求的提高，对锡、铅等一些重金属化合物(有毒性)含量的限制也越来越高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅烷封端聚氨酯预聚物合成方法，该方法成本低廉，过程环保，且用该方法获得的硅烷封端聚氨酯预聚物的存储稳定性获得很大的提高。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种硅烷封端聚氨酯的合成方法，利用末端为羟基的聚醚或聚酯与二异氰酸酯，在特定的催化剂作用下，反应合成异氰酸根(NCO)封端的聚氨酯预聚物，然后和硅烷反应，得到稳定的硅烷封端聚氨酯预聚物。或采用带异氰酸酯基的硅烷与末端为羟基的聚醚、聚酯，在特定的催化剂作用下获得硅烷封端聚氨酯预聚物。

所用的特定催化剂为铋、硅、元素周期表中第二～四周期中金属的氧化物、无机盐、有机化合物以及含这些化合物的矿物质中的一种或一种以上的混合物。

所用的二异氰酸酯包括脂肪族二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯，例如甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷4，4’-二异氰酸酯(MDI)，1，6-己二异氰酸酯(HDI)，异佛尔酮氰酸酯(IPDI)，苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)，萘-1，5-二异氰酸酯(NDI)，二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)，四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)等。

所用聚醚为端羟基的聚环氧乙烷、聚环氧丙烷或聚四氢呋喃或它们的共聚物，聚酯为端羟基的脂肪族或芳香族的聚酯，其分子量在1000到20000之间，因为分子量太低，合成出来的预聚物要么粘度太高，要么弹性太低；分子量太高，合成出来的预聚物模量太低.

所用硅烷的结构为(R¹O)_nSiR_m²R³_4-m-n的多烷氧基硅烷，其中R¹为烷基(1-4个碳原子)、酰基等基团，R²为H，1～12个碳原子的烷基、芳基、环烷基等基团，R³为含胺基(伯胺-NH₂，仲胺NH-)，脲基(H₂NCONH-)巯基(SH-)，等含有活泼氢有机官能团的基团。m为0或1，n为2或3。由于这类硅烷含有活泼氢有机官能团，可利用活性氢与NCO发生加成反应，更好的把硅烷连接到聚氨酯分子链上。