聚氨酯Polyurethane
湿固化聚氨酯黏合剂和密封胶是基于异氰酸酯基聚合。这些低分子量，异氰酸酯基(-NCO)封端的线形聚合物被称作预聚物，通过异氰酸酯基(-NCO) 比聚酯或聚醚氢氧基过量反应制的，这些预聚体可以同任何含活性氢化合物反应，如，醇类、胺类或其它羟基封端的聚氨酯和脲。对于湿固化聚氨酯黏合剂，含活性氢化合物主要为大气中的湿气，同湿固化硅酮密封胶一样，固化速度取决于相对湿度。水蒸气提供与异氰酸酯起化学反应，见图5。
Figure 5: Reaction of Acetoxy Silicone with Moisture in One Component RTV Sealants. 2
结果表明提高预聚物摩尔质量和交联剂量可以得到很强韧性薄膜。
反应分两步进行，水和异氰酸酯基(-NCO) 反应产生胺基和二氧化碳，接着胺基和其它异氰酸酯基反应生成脲键，直到所有异氰酸酯基消耗完为止，在成膜过程中产生的二氧化碳通过扩散和蒸发出去。由于湿固化聚氨酯黏合剂在潮湿表面上完全发生化学反应，潮湿表面有利于材料黏附。它们渗透进孔和微小裂缝中，与存在的湿气形成很强的化学键。既然湿气在黏接过程中消耗，在涂胶料减少时被水包围的胶层可能产生水泡和弱的胶接。湿固化聚氨酯黏合剂有一定限制，如果大气中或材料表面有太多的湿气，固化速度太快以至于二氧化碳被包住，结果是在胶层产生针孔，泡沫，空白。
最早的湿固化聚氨酯黏合剂配方有很高的系数，比粘合强度有极大的黏附性，结果在很多领域使用效果不好。最新的聚氨酯密封胶有很低的系数和和极大的运作能力。针对不同性能有很广的配方。表4 给出了单组分枪式聚氨酯密封胶用于结构方面配方
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Raw Materials,
parts by weight |
Slow curing formula |
Fast curing formula |
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NCO prepolymer, equivalent weight 1272, slow curing |
400 |
－- |
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NCO prepolymer, equivalent weight 1355, fast curing |
－- |
450 |
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Carbon black |
300 |
30 |
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Titanium dioxide |
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20 |
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Calcium carbonate |
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280 |
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Silica |
20 |
50 |
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Toluene |
10 |
10 |
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Properties |
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Tack free time, hrs at 21C and 50% RH, |
13-24 |
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Cure time, days |
5-10 |
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Hardness, Shore A |
20-30 |
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Tensile strength, psi |
300-400 |
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Elongation, % |
500-600 |
Table 4: Single Component, Gun Grade Polyurethane Sealant Formulation 4
聚氨酯密封胶具有从硬到柔韧宽范围特点，具有很好的抗下垂性、良好的触变性、好拉伸收缩性、对不同材料有很好黏结性。最突出的是抗撕裂和耐磨损，聚氨酯密封胶用于地面胶接密封和高速公路胶接密封。低温表现特性也同样是非常好的。紫外线UV将引起密封胶老化，龟裂，白垩化。聚氨酯密封胶连续工作温度不超过85°C 。聚氨酯密封胶优点和缺点列于表5。
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Advantages |
Disadvantages |
- Excellent recovery
- Excellent UV resistance
- Negligible shrinkage
- Excellent tear resistance
- Excellent chemical resistance
- +/- 40% Movement capability
- Unprimed adhesion to concrete
- Printable and available in colors
- Long durability over 20 years
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- Slow cure for one component grades
- Light colors discolor
- Some require primers
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作为黏合剂 ，湿固化聚氨酯黏合剂广泛用于木材黏结。这些黏合剂SpecialChem4Adhesives article.7 中描述。普遍用于木材黏结的异氰酸酯基黏合剂基本是MDI，部分MDI预聚物，较低的蒸气压和对健康危害较小。固化异氰酸酯基封端的聚氨酯黏合剂必须有足够的湿气。相对湿度至少在40%才能保持完全固化。预聚物贮存紧紧密封的容器中，涂薄层胶使用。它们有相对短的操作时间，同时使用相对小的黏合剂量。高湿度下定位时间缩短，在相对湿度95%，温度60-75°C,，胶粘层定位时间约30分钟。在室温和50%相对湿度，黏合剂达到操作强度超过几小时，达到全部强度需1天。加速剂，如三乙胺，能引起快速交联，加速剂被包含在黏合剂中或作为表面处理剂使用。在木材胶接中，由水蒸气产生的黏合剂交联形成胶结（如木材、皮革、纸张等）或同基层表面反应基团反应。在木工行业一个普遍使用方法是在黏合剂使用前向木材表面喷水。这个速度固化的黏合剂在木材表面开孔，以便更好的渗透和机械锁固发生。
异氰酸酯基封端的聚氨酯黏合剂同木材中纤维素反应包括异氰酸酯基同水反应形成脲键，提供很好黏结，异氰酸酯基同纤维素中的羟基反应形成氨基甲酸酯基胶结。
单组分、湿固化聚氨酯黏合剂有相当慢固化的黏合剂和密封胶，双组分聚氨酯黏合剂已经用于高生产效率的快固化如汽车玻璃窗装配。由于室温固化发展，单组分聚氨酯黏合剂已经被报道。这些黏合剂固化温度低于80°C. 8
热熔反应聚氨酯黏合剂Hot melt reactive polyurethane adhesives 已经发展到要求快速固定行业 9 。与热塑性热熔胶一样，固体湿固化聚氨酯树脂可以方便使用。与空气中或基层湿气反应的树脂交联和聚合成聚氨酯材料。与一般热熔胶相比反应型聚氨酯热熔胶一个有利条件是熔化温度很低。这允许热熔胶应用在热敏感材料。
结论 Conclusions
作为催化剂或固化剂，氰基丙烯酸酯黏合剂，硅酮密封胶和聚氨酯树脂使用周围环境中的湿气固化。这些树脂可以很方便得到高性能黏合剂和密封胶。硅酮密封胶和聚氨酯树脂湿固化产品，这是一个硬化材料外部范围，抑制潮气进一步扩散到树脂本体。这层表皮固化深度是由水对固化树脂渗透系数和体积当量确定。
最近湿固化黏合剂和密封胶已经包括在固化化学中。UV灯已经被用于湿固化硅酮密封胶早期定位上。热熔反应聚氨酯黏合剂与其他热熔胶一样冷却时可得到很高的早期强度。在所有这些体系中，对典型的湿固化机制达到长期固化和性能发展。
References:
1. Petrie, E. M., "Cyanoacrylate Adhesives", SpecialChem4Adhesives.com, October 8, 2003.
2. Comyn, J., "Moisture Cure of Adhesives and Sealants", International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 18, 1998, pp. 247-253.
3. Loctite Worldwide Design Handbook, Loctite Corporation.
4. Amstock, J. S., Chapters 12 and 13, Handbook of Adhesives and Sealants in Construction, McGraw-Hill, New York, 2001.
5. Crossan, D. and Heaton J., Annual Connectors and Interconnection Technology Symposium, 1987, pp. 443-450.
6. Okamoto, Y., et. al., ACS Div. Polymeric Materials Sci. Eng., vol. 56, 1987, pp. 387-391.
7. Petrie, E. M., "Reactive Polyurethane Adhesives for Bonding of Wood", SpecialChem4Adhesives.com, January 5, 2004.
8. Ambrus, Z. and Zayel, L., Adhesives Age, November 1987.
9. Petrie, E.M., "Reactive Hot Melt Adhesives", SpecialChem4Adhesives, November 21, 2002.
