一种低密度双组份聚氨酯灌封胶及其制备方法和应用与流程

本发明属于聚合物材料，具体涉及一种低密度双组份聚氨酯灌封胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、灌封胶主要用于电子元部件在电子仪器设备中的粘结，又称电子胶，其在未固化前属于液体状，具有流动性，固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、导热、保密、防腐蚀、耐温、防震的作用，可用于电子元器件的粘接、密封、灌封和涂覆保护。目前使用最多的主要有环氧树脂灌封胶、有机硅树脂灌封胶和聚氨酯灌封胶。

2、聚氨酯可在较宽的硬度范围内具有较高的弹性及强度，另外其具有优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性、抗震动性、耐水性、电绝缘性、低廉的价格，使其在各种领域的元器件的密封和保护领域得到了广泛的应用。

3、cn105623588a公开了一种高性能双组份聚氨酯灌封胶，其原料按重量份包括100份的组份a和35-50份的组份b；组份a的原料包括：蓖麻油、聚酯多元醇、聚氧化丙烯三醇、对苯二酚双(β-羟乙基)醚、三羟甲基丙烷、二(十二烷基硫)二丁基锡、辛酸亚锡、抗氧剂、聚氧丙烯甘油醚、阻燃剂、填料、液体丁苯橡胶、液体丁腈橡胶；所述组份b的原料包括异氰酸酯、三乙烯四胺改性碳纳米管、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷和环氧氯丙烷。该技术方案提出的高性能双组份聚氨酯灌封胶，虽然具有较好的阻燃性、粘结强度高等性能，但是其密度较大，不符合轻量化要求。

4、而轻量化已成为新能源汽车发展过程中的一个重要方向，在新能源汽车动力电池包制造过程中会使用大量的灌封胶产品，但目前市场上使用的灌封胶产品一般密度较大，均在0.9g/cm3以上。因此，有不少客户使用双组份聚氨酯发泡灌封胶作为替代，虽然能将灌封胶产品的成品密度控制在0.5g/cm3甚至更低，但双组份聚氨酯发泡胶在固化过程中容易发生发泡倍率不稳定、发泡不均匀的情况，往往需要对后续施工就行调整。

5、因此，如何提供一种具有低密度、发泡倍率稳定、发泡均匀、力学性能较好的聚氨酯灌封胶，以满足动力电池pack包安装过程后具有低密度及操作方便的需求，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低密度双组份聚氨酯灌封胶及其制备方法和应用。本发明中通过对a组分和b组分的具体组成进行设计，制备得到了兼具低密度和较好的力学性能的双组份聚氨酯灌封胶，可以满足动力电池pack包安装过程后具有低密度及操作方便的需求。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种低密度双组份聚氨酯灌封胶，所述双组份聚氨酯灌封胶包括a组分和b组分；

4、所述a组分包括如下重量份数的组分：

5、

6、所述b组分包括：

7、多异氰酸酯            40～60份；

8、液体阻燃剂b           40～60份；

9、吸水剂                0.1～1份。

10、本发明中通过对a组分和b组分的具体组成进行设计，制备得到了兼具低密度和较好的力学性能的双组份聚氨酯灌封胶，可以满足动力电池pack包安装过程后具有低密度及操作方便的需求。

11、本发明中，通过低密度填料的使用，并控制低密度填料的用量在特定的范围内，制备得到了既具有较好的力学性能，且密度较低的双组份灌封胶。若低密度填料的用量过多，则制备得到的双组份聚氨酯灌封胶的力学性能较差；若低密度填料的用量过少，则制备得到的双组份聚氨酯灌封胶的密度较高，不满足轻量化使用要求。

12、本发明中，通过长碳链硅烷偶联剂的使用，可使低密度填料均匀分布于组分a中，制备得到性能优异的双组份聚氨酯灌封胶。若长碳链硅烷偶联剂的用量过少，则低密度填料在组分a中分散性较差，最终制备得到的双组份聚氨酯灌封胶的性能较差；若长碳链硅烷偶联剂的用量过多，也不会对双组份聚氨酯灌封胶的性能有很大提高，且会造成原料的浪费，灌封胶生产成本的提高。

13、本发明，a组分中多元醇的重量份数可以是40份、43份、46份、47份、52份、55份、57份、60份、63份、66份、68份或70份等。

14、a组分中液体阻燃剂a的重量份数可以是30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份或50份等。

15、a组分中低密度填料的重量份数可以是3份、3.2份、3.4份、3.6份、3.8份、4份、4.2份、4.4份、4.6份、4.8份或5份等。

16、a组分中长碳链硅烷偶联剂的重量份数可以是0.5份、0.6份、0.8份、1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份或2份等。

17、b组分中多异氰酸酯的重量份数可以是40份、42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份或60份等。

18、b组分中液态阻燃剂的重量份数可以是40份、42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份或60份等。

19、b组分中吸水剂的重量份数可以是0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等。

20、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

21、作为本发明的优选技术方案，所述多元醇的官能度为2～4，例如可以是2、3或4。

22、优选地，所述多元醇的平均分子量为300～18000，例如可以是300、500、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000、11000、12000、13000、14000、15000、16000、17000或18000等。

23、优选地，所述液体阻燃剂a和液态阻燃剂b各自独立地选自磷酸酯、磷酸酰胺、磷酸酰胺酯中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为磷酸酯。

24、优选地，所述低密度填料为球状塑料空心微球。

25、本发明中，通过选用球状塑料空心微球为低密度填料，可制备得到的密度较低且力学性能优异的双组份聚氨酯灌封胶。

26、优选地，所述长碳链硅烷偶联剂选自γ-缩水甘油醚氧基辛基三甲氧基硅烷、γ-巯辛基三甲氧基硅烷和γ-丙烯酰氧基辛基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。

27、作为本发明的优选技术方案，所述a组分中还包括催化剂0.2～1重量份，例如可以是0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或1重量份等。

28、优选地，所述催化剂包括胺类催化剂0.1～0.5重量份(例如可以是0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份或0.5重量份)和金属催化剂0.1～.5重量份(例如可以是0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份或0.5重量份)。

29、优选的，所述胺类催化剂为叔胺催化剂，进一步选自n,n-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、双吗啉二乙基醚、n,n,n',n'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺、n,n-二甲基苄胺只不过的任意一种或至少两种的组合。

30、优选的，所述金属催化剂选自有机锡类催化剂、有机铋类催化剂、有机锌类催化剂和有机锆类催化剂中的任意一种或至少两种的组合。

31、优选地，所述金属催化剂选自二月桂酸二辛基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二甲基锡、辛酸亚锡、丁基氧化锡、辛基氧化锡中的任意一种或至少两种的组合。

32、作为本发明的优选技术方案，所述a组分中还包括扩链剂0.1～15重量份，例如可以是0.1重量份、0.5重量份、1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份或15重量份等。

33、优选地，所述扩链剂选自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,2-戊二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-1,4-丁二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、1,4-己二醇、2-甲基-1,5-戊二醇、3-甲基-1,5戊二醇、2-乙基-1,4-丁二醇、1,2-辛二醇、3,6-辛二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇、2,7-二甲基-3,6-辛二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇和三丙二醇中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为2-乙基-1,4-丁二醇、2-乙基-1,3-己二醇或二丙二醇中的任意一种或至少两种的组合。

34、本发明中，通过进一步优选长碳链的扩链剂(2-乙基-1,4-丁二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二丙二醇)，使得a组分和b组分混合后，提高双组份聚氨酯灌封胶的可操作时间。

35、作为本发明的优选技术方案，所述多异氰酸酯选自二苯甲烷二异氰酸酯及其衍生物、环己烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯及其衍生物中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为二苯甲烷二异氰酸酯及其衍生物。

36、优选地，所述二苯甲烷二异氰酸酯及其衍生物包括二苯甲烷二异氰酸酯、改性二苯甲烷二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯低聚物；

37、所述改性二苯甲烷二异氰酸酯的改性基团选自缩二脲基团、异氰脲酸酯、氨基甲酸酯基团、脲二酮基团、碳二亚胺基团、脲基甲酸酯基团中的任意一种或至少两种的组合；

38、所述二苯甲烷二异氰酸酯低聚物包括二苯甲烷二异氰酸酯二聚体、二苯甲烷二异氰酸酯三聚体。

39、优选地，所述四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯及其衍生物包括四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯、改性四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯低聚物；

40、所述改性四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯的改性基团选自缩二脲基团、异氰脲酸酯、氨基甲酸酯基团、脲二酮基团、碳二亚胺基团、脲基甲酸酯基团中的任意一种或至少两种的组合；

41、所述四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯低聚物包括四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯二聚体、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯三聚体。

42、优选的，所述吸水剂选自氧化钙、ti吸水剂、分子筛中的任意一种或至少两种的组合。

43、作为本发明的优选技术方案，所述聚氨酯灌封胶中a组分和b组分的体积比为(3～7):1，例如可以是3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1或7:1等。

44、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的低密度双组份聚氨酯灌封胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

45、(1)将多元醇、液体阻燃剂a和任选的扩链剂进行第一次混合、脱水后，向其中加入低密度填料、长碳链硅烷偶联剂和催化剂，进行第二次混合，得到所述a组分；

46、将多异氰酸酯、吸水剂、液体阻燃剂b混合，得到所述b组分；

47、(2)将a组分和b组分混合均匀，得到所述低密度双组份聚氨酯灌封胶。

48、作为本发明的优选技术方案，所述脱水的温度为110～130℃，例如可以是110℃、112℃、114℃、116℃、118℃、120℃、122℃、124℃、126℃、128℃或130℃等。

49、优选地，所述脱水的压强≤-80kpa，例如可以是-80kpa、-85kpa、-90kpa、-95kpa或-98kpa等。

50、优选地，所述脱水的时间为1.5～2.5h，例如可以是1.5h、2h或2.5h等。

51、优选地，所述降温后的温度≤50℃，例如可以是25℃、27℃、30℃、33℃、36℃、40℃、42℃、44℃、46℃或50℃等。

52、优选地，所述第二次混合的压强≤-90kpa(例如可以是-90kpa、-50kpa、-55kpa、-60kpa、-65kpa、-70kpa、-75kpa、-80kpa、-85kpa或-90kpa等)，时间为0.2～1h，例如可以是0.2h、0.5h或1h等。

53、优选地，制备所述b组分时混合的真空度≤-90kpa。混合的时间为0.2～1h，例如可以是0.2h、0.5h或1h等。

54、作为本发明的优选技术方案，所述制备方法具体包括如下步骤：

55、(1)将多元醇、液体阻燃剂a、任选的扩链剂进行第一次混合后，加热到110℃～130℃、抽真空至-90kpa以下，脱水1.5～2.5h，然后降温至50℃以下，向其中加入低密度填料、长碳链硅烷、催化剂，抽真空至压强为-90kpa以下，进行第二次混合0.2～1h，得到组份a；

56、抽真空至压强为-90kpa以下，将多异氰酸酯、吸水剂、液体阻燃剂b混合0.2～1h，得到组份b；

57、(3)将上述a组分和b组分混合均匀，得到所述低密度双组份聚氨酯灌封胶。

58、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的低密度双组份聚氨酯灌封胶的应用，所述低密度双组份聚氨酯灌封胶用于制备动力电池pack包、储能电池或电源。

59、优选地，所述低密度双组份聚氨酯灌封胶用于封装动力电池pack包、储能电池或电源。

60、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

61、本发明中通过对a组分和b组分的具体组成进行设计，进一步通过低密度填料和长碳链硅烷偶联剂的使用，并控制其用量在特定的范围内，制备得到了兼具低密度和较好的力学性能的双组份聚氨酯灌封胶，其密度为0.49～0.64g/cm3，邵氏硬度d为29～43，拉伸强度为1.7～3.3mpa，断裂伸长率为33.6～43.4％。本发明提供的双组份聚氨酯灌封胶可以满足动力电池pack包、储能电池等安装过程后具有低密度及操作方便的需求。