杨兴兵
（九江杜威橡胶科技有限公司㊀江西九江３３２７００）
摘㊀要：对近年来聚氨酯灌封胶研究的基本情况进行了简述，重点介绍了各种异氰酸酯组分与端羟基聚丁二烯㊁聚醚多元醇㊁聚酯多元醇㊁蓖麻油等低聚物多元醇制备聚氨酯灌封胶的研究情况，同时总结了聚氨酯灌封胶的导热性和阻燃性研究进展，最后对聚氨酯灌封胶前景作了展望㊂ 关键词：灌封胶；聚氨酯；导热；阻燃；多元醇
中图分类号：ＴＱ３２３ ８㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００５－１９０２（２０２１）０２－００４５－０４
㊀㊀聚氨酯（ＰＵ）材料具有优异的力学性能和加工性能，防腐防水，绝缘性㊁弹性和粘接性好，浇注成型方便，广泛用于密封胶㊁灌封胶等领域［１］㊂灌封胶大量用于电子电器领域，主要对电子元器件起密封和保护作用，这就要求其流动性好，固化后具备良好的力学性能㊁粘接性能㊁防水性能㊁阻燃性能及电绝缘性能，同时不能腐蚀电子线路板的元器件㊂随着电子工业的发展，电子设备内部元器件尺寸减小，内部工作环境温度不断上升，因此灌封胶的导热也成为研究的热点［２］㊂目前市场上广泛使用 的灌封胶有环氧树脂㊁有机硅和聚氨酯３类灌封胶㊂袁振［３］详细对比了三者的性能差异，总体而言，有机硅灌封胶粘接性略差，但黏度可调控，耐老化，耐高温；环氧树脂灌封胶粘接力强，固化物硬度大，力学性能最好；聚氨酯灌封胶对橡胶㊁金属和塑料均有很好的粘接性能，固化物强度适中，弹性好，耐水；同时聚氨酯灌封胶克服了环氧灌封胶的脆性和有机硅灌封胶粘接性差的缺点，且成本略低㊂
聚氨酯灌封胶已在工业生产中应用多年，２００１年李三军［４］对聚氨酯灌封胶的技术发展进行了详细介绍㊂本文主要针对近年来聚氨酯灌封胶的发展进行总结分析，详细介绍了异氰酸酯和低聚物多元醇制备聚氨酯灌封胶的研究情况及聚氨酯灌封胶的导热性和阻燃性改善情况㊂
１㊀聚氨酯灌封胶的基本情况
聚氨酯灌封胶实际上是聚氨酯弹性体的一种，可用预聚法［４］和一步法生产㊂预聚法是首先将异氰酸酯与低聚物多元醇进行预聚反应得到预聚体，然后用含羟基或氨基的固化剂进行固化㊂该工艺生
产的灌封胶产品性能较好，广泛用于聚氨酯灌封胶
的实际生产㊂一步法是以异氰酸酯原料作为Ｂ组
分，将含羟基（有时含氨基）的原料及填料等助剂的
混合物作为Ａ组分，使用时将Ａ㊁Ｂ组分混合后
固化㊂
聚氨酯灌封胶主要由含羟基的基础物料和异氰
酸酯及填料㊁扩链剂㊁光稳定剂㊁抗氧剂㊁催化剂㊁流
平剂㊁消泡剂㊁分散剂和增塑剂等助剂［５］组成，通常将填料分别放入Ａ㊁Ｂ组分，其他助剂多与含羟基的
网眼面料
组分混合㊂使用时将两组分通过设备混合后注入元
器件进行灌封，混合胶液在元器件内流动后固化㊂
不同产品对聚氨酯灌封胶的黏度㊁凝固时间均有一
定要求，例如体积较大㊁内部结构较复杂的元器件需
要聚氨酯灌封胶使用时流动性好［６］，且要求固化时间略长，便于其完全充填元器件的各个角落㊂
聚氨酯灌封胶市场较为成熟，国内上海汉司实
电梯线束
业有限公司㊁广州贝特新材料有限公司㊁济南北方泰
和新材料有限公司等大量企业均有众多产品销售㊂
但高端产品市场仍然基本上被外企垄断，如明尼苏
达矿务及制造业公司（３Ｍ）㊁奥斯邦（苏州）有限公
司㊁德国汉高集团等知名企业生产的高性能及特殊
领域使用的电子灌封胶的市场占有率较高㊂
２㊀聚氨酯灌封胶主要原料及对产品性能的影响２ １㊀异氰酸酯
异氰酸酯作为聚氨酯灌封胶中主要参与化学反
应的原料，对灌封胶的性能有较大影响㊂常用的异
氰酸酯类产品有：甲苯二异氰酸酯（ＴＤＩ）㊁二苯基甲
㊃５４㊃
２０２１年第３６卷第２期
２０２１．Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．２聚氨酯工业
ＰＯＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥＩＮＤＵＳＴＲＹ
苯并芘检测
山地单轨运输车烷二异氰酸（ＭＤＩ，如万华化学的ＭＤＩ⁃１００和ＭＤＩ⁃５０）㊁多亚甲基多苯基异氰酸酯（ＰＡＰＩ，如万华化学的ＰＭ⁃２００）㊁异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）及改性ＭＤＩ（液化ＭＤＩ）等，其中ＴＤＩ㊁ＰＡＰＩ等产品由于价格优势而广泛用于聚氨酯灌封胶的生产，部分抗紫外性能的产品可使用氢化ＭＤＩ㊁ＩＰＤＩ等㊂投币饮水机
颜渊巍等［７］使用ＰＭ⁃２００制备了性能优异的聚氨酯灌封胶，拉伸剪切强度高达１５ ３ＭＰａ，阻燃性达到ＵＬ９４Ｖ⁃０㊂曹开东等［８］用ＭＤＩ及复配扩链剂制备出了高硬度聚氨酯灌封胶，其固化物硬度最高可达邵Ｄ７４，且体积电阻率高达４ ８ˑ１０１６Ω㊃ｃｍ㊂徐海涛等［９］以不同二异氰酸酯与蓖麻油多元醇制备聚氨酯灌封胶，对比了液化ＭＤＩ㊁ＭＤＩ⁃５０和ＴＤＩ３种二异氰酸酯在相同条件下制备的聚氨酯灌封胶的各种使用性能㊂研究发现，液化ＭＤＩ制备的聚氨酯灌封胶反应较快，固化时间较短，其固化物强度和硬度较高，但伸长率和透明度较低；ＴＤＩ制备的灌封胶其固化物强度和硬度低，伸长率好；采用ＭＤＩ⁃５０得到的固化物透明性好，力学性能和加工性能均较好㊂郭映瀚等［１０］用半预聚法分别采用ＴＤＩ㊁ＭＤＩ⁃５０㊁液化ＭＤＩ与聚醚多元醇等原料制
备出不同的灌封胶，用于透明发光二极管（ＬＥＤ）的灌封㊂研究发现，液化ＭＤＩ的透光率最优，ＴＤＩ次之，ＭＤＩ⁃５０较差㊂杨再军等［１１］使用改性ＰＡＰＩ与精炼蓖麻油及聚醚多元醇反应，并加入Ａｌ２Ｏ３作为导热填料制备导热型灌封胶，其固化物常温拉伸剪切强度为１１ ７９ＭＰａ，导热系数为０ ８１５Ｗ／（ｍ㊃Ｋ），阻燃等级达到ＵＬ９４Ｖ⁃０级㊂总体来说，ＴＤＩ和ＭＤＩ用于聚氨酯灌封胶的研究非常深入，技术成熟㊂
２ ２㊀低聚物多元醇
聚氨酯灌封胶的含羟基组分产品种类很多，可选择性较大，目前用于聚氨酯灌封胶的低聚物多元醇基本分为端羟基聚丁二烯（ＨＴＰＢ）㊁聚醚多元醇㊁聚酯多元醇和蓖麻油等低聚物多元醇㊂特别是蓖麻油现已广泛用于灌封胶的生产㊂
ＨＴＰＢ是一种以丁二烯为主链结构带有端羟基官能团的遥爪型聚合物㊂ＨＴＰＢ型聚氨酯弹性体电绝缘性能和耐水解性能优良［５］㊂以ＨＴＰＢ为羟基组分与异氰酸酯反应制备聚氨酯灌封胶的研究较多，其中黎明化工研究院和中科院研究较早㊂石雅琳等［１２］以ＨＴＰＢ㊁液化ＭＤＩ㊁多种扩链剂（１，４⁃丁二醇㊁１，２⁃丙二醇㊁一缩二丙二醇㊁２⁃乙基⁃１，３⁃己二醇和醇类扩链剂ＬＡＰ⁃１０１）和自制醇类活性稀释剂ＸＳＪ⁃０２为原料制备灌封胶㊂研究发现，采用ＬＡＰ１０１和
ＸＳＪ⁃０２制备灌封胶，当其质量比为１ʒ５时，灌封胶的综合性能最优，其固化物伸长率可达３６
３％㊂张卿彦等［１３］采用超支化聚醚（ＨＢＰＥ１⁃５）作为交联剂，ＴＤＩ为异氰酸酯组分制备了ＨＴＰＢ型聚氨酯灌封胶㊂研究发现，超支化多元醇的加入使其固化物拉伸强度提高了１３０％，断裂伸长率提高了９７％㊂聚醚多元醇和聚酯多元醇是目前聚氨酯材料中用量最大的多元醇产品，按照羟基数量不同适用于不同的聚氨酯产品，例如三元醇以上的产品应用于高强度㊁高交联体系的聚氨酯硬泡，三元醇㊁二元醇多用于软泡或者胶黏剂类聚氨酯产品㊂各种类型的聚醚多元醇和聚酯多元醇由于价格优势而广泛用于聚氨酯灌封胶的生产㊂聚氨酯灌封胶常用聚醚多元醇牌号有陶氏的疏水聚醚二醇Ｄ３２０１（Ｍｎ＝２０００）和高活性聚醚二醇２２３⁃０６０ＬＭ（Ｍｎ＝１８００）等，国产的聚醚主要有聚氧化丙烯二醇（ＰＰＧ）Ｎ２１０（Ｍｎ＝１０００，即ＰＰＧ⁃１０００）和Ｎ２２０（Ｍｎ＝２０００，即ＰＰＧ⁃２０００）㊁聚氧化丙烯三醇Ｎ３１０（Ｍｎ＝１０００）等㊂常用的聚酯多元醇有赢创公司（Ｅｖｏｎｉｋ）的Ｄｙｎａｃｏｌｌ７２１０（ｆ＝２，Ｍｎ＝５５００）等㊂
聚醚多元醇起始剂的种类及分子量都影响着灌封胶的相关性能㊂马玉春等［１４］采用聚醚二醇Ｎ２２０㊁聚醚三醇Ｎ３３０（Ｍｎ＝３０００）与多异氰酸酯Ｍ⁃２００（日本三井武田化学株式会社的ＰＡＰＩ牌号）制备了灌封胶，发现异氰酸酯指数（Ｒ值）为０ ９，且Ｎ３３０与Ｎ２２０的羟基摩尔比值为２ ３时，聚氨酯灌封胶操作性好，固化物的力学性能㊁电绝缘性最优，其电绝缘强度可达２２ ８６ｋＶ／ｍｍ㊂李海柱等［１５］用陶氏的几款聚醚多元醇制备了膜组件用聚氨酯灌封胶，研究
结果表明，使用Ｄ３２０１与巴斯夫生产的牌号为ＬｕｐｒａｎａｔｅＭＭ１０３Ｃ的ＭＤＩ制备预聚物时，所制备的灌封胶性能优异㊂
蓖麻油是植物油，属于可再生资源，具有较高的羟值与官能度，由它制成的聚氨酯灌封胶，其操作性能良好㊂李海柱等［１５］同时也研究了蓖麻油与聚醚多元醇混合使用制备聚氨酯灌封胶，以蓖麻油㊁三羟甲基丙烷和一缩二乙二醇的混合物作为固化剂，使用蓖麻油合成预聚体时，灌封胶交联密度大，容易发脆，断裂伸长率仅为８０％；使用Ｄ３２０１合成预聚体时，灌封胶断裂伸长率为１５２％㊂因此将聚醚多元
㊃６４㊃聚氨酯工业㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷
醇与蓖麻油混合使用增加了聚氨酯灌封胶的韧性㊂朱本玮等［１６］采用ＰＰＧ⁃１０００㊁ＰＰＧ⁃２０００㊁蓖麻油与
ＰＡＰＩ和液化ＭＤＩ制备灌封胶㊂研究发现，蓖麻油型聚氨酯的综合性能优于ＰＰＧ型聚氨酯，当ＰＡＰＩ／液化ＭＤＩ质量比为６ʒ４㊁阻燃剂异丙苯基磷酸三苯酯（ＩＰＰＰ）的质量分数为１２％时，灌封胶性能最优，可达离火自熄（ＦＶ⁃０）㊂张成彬等［１７］以蓖麻油㊁聚醚多元醇㊁液化ＭＤＩ为主要原料，采用预聚法合成了聚氨酯灌封胶㊂研究发现，随着Ｒ值㊁硬段含量增加，材料的硬度和强度升高，断裂伸长率下降，热稳定性好；当Ｒ值降低时，材料的阻尼性能变好㊂３㊀聚氨酯灌
封胶的性能改进
３ １㊀聚氨酯灌封胶的导热性改进
散热性对电子器件的工作稳定性等有很大影响，因此灌封胶的黏度㊁耐热性㊁导热系数都成为电机封装时选择灌封胶的重要参考指标［１８］㊂聚氨酯灌封胶主要通过加入导热填料提高导热性能㊂安佳丽等［１９］用聚醚二醇Ｎ２１０㊁聚醚三醇Ｎ３０５（Ｍｎ＝５００）㊁１，４⁃丁二醇㊁三羟甲基丙烷㊁ＩＰＤＩ为反应原料，Ａｌ２Ｏ３为导热填料，合成导热聚氨酯灌封胶㊂研究发现，当Ａｌ２Ｏ３质量分数从０提高到８０％时，其导热性提高了９倍㊂杨再军等［１１］以球形Ａｌ２Ｏ３为导热填料，聚醚多元醇为陶氏化学公司的ＣＰ４５０，亨斯迈公司的改性ＰＡＰＩ９２５８（ＮＣＯ质量分数３２ １％）为固化剂，引入自制高效液体阻燃剂，成功制备了一种兼具导热㊁阻燃和高流动性的聚氨酯灌封胶㊂研究发现：当羟基树脂组分与异氰酸酯固化剂组分质量比为６ʒ１㊁羟基树脂组分中球形Ａｌ２Ｏ３质量分数为６７％及液体阻燃剂质量分数为１３％时，ＰＵ灌封胶的综合性能最好，导热系数为０ ８１５Ｗ／（ｍ㊃Ｋ）㊂张博文等［２０］采用聚四氢呋喃二醇（ＰＴＭＧ）㊁ＭＤＩ㊁球形氧化铝为主要原料，以一步法制备了聚氨酯灌封胶，研究了偶联剂用量㊁氧化铝粒径及填充量等对灌封胶导热性能的影响㊂研究发现：加入相同含量的Ａｌ２Ｏ３时，２μｍ粒径的Ａｌ２Ｏ３填充的灌封胶导热性能较好；同种粒径下，灌封胶导热系数随Ａｌ２Ｏ３的加入量增加而逐渐升高，体积电阻率随Ａｌ２Ｏ３填充量的增加逐渐降低㊂
３ ２㊀聚氨酯灌封胶的阻燃性改进
聚氨酯灌封胶虽然性能优异，但是本身是可燃材质；同时电子元器件本身具有发热性，热量的集聚易导致灌封胶起火燃烧，因此聚氨酯灌封胶必须进行阻燃处理㊂聚氨酯灌封胶的阻燃性是必须达到的指标之一，前面总结的研究中均添加了不同的阻燃剂，阻燃达到了ＵＬ９４Ｖ⁃０级［７，１１］㊂李阳等［２１］详细研究了氯化石蜡㊁氢氧化铝㊁磷酸三氯乙基酯（ＴＣＥＰ）三者的阻燃性，研究发现三者复合使用（氯
化石蜡６％㊁氢氧化铝５％㊁ＴＣＥＰ４％）所制备的阻燃型聚氨酯灌封胶的阻燃效果最佳㊂杨志星等［２２］通过加入质量分数２０％的磷酸三（２⁃氯丙基）酯（ＴＣＰＰ）㊁异丙苯基苯基磷酸酯（ＩＰＰ）或磷酸三乙酯（ＴＥＰ）制备的灌封胶的氧指数分别为２７ ５％㊁２７ ０％和２５ ０％，阻燃等级均达到ＦＶ⁃０级㊂张大丽等［２３］通过加入含磷树脂和阻燃填料实现了无卤阻燃㊂
３ ３㊀聚氨酯灌封胶的可操作性
聚氨酯灌封胶的可操作性影响因素众多，在实际使用时根据封装产品的具体要求进行定制㊂体积较大㊁元器件分布密集的产品封装要求灌封胶黏度低㊁流动性好㊁固化时间长；产品结构单一㊁体积较小的可适当提高无机填料的含量以节约成本，但灌封胶黏度会增加，因此可操作性应建立在满足其他性能指标（硬度㊁强度㊁导电㊁导热和粘接性等）的基础上㊂聚氨酯灌封胶的可操作性研究情况如表１
所示㊂
表１㊀聚氨酯灌封胶可操作性研究情况文献
黏度／
（ｍＰａ㊃ｓ）可操作时间
／ｍｉｎ固化条件用途７－３０５ｈ㊁８０ħ阻燃电子封装
９－２０３ ５ｈ㊁２３ħ电器封装
１０８８５３０４ｈ㊁２３ħＬＥＤ封装
１１２１０４３１７ｈ㊁２３ħ导热电子封装
１５８４０４５２１ｄ膜组件封装
１６－２５３９ｍｉｎ电子封装
２０３８８２３０１２ｈ导热电子封装㊀
不同的应用场合对黏度的要求不同，表１中黏度最低为８４０ｍＰａ㊃ｓ，最高达到３８８２ｍＰａ㊃ｓ，可操作时间大部分控制在３０ｍｉｎ左右㊂固化条件根据原材料不同而不同，有的室温固化，有的需要高温固化㊂可操作性受到原料体系的影响较大，如徐海涛等［９］研究发现在其他组分和条件不变的情况下，仅改变异氰酸酯的种类，可操作性均有差异，使用液化
㊃７４㊃
第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀杨兴兵㊃聚氨酯灌封胶的研究现状概述
ＭＤＩ的流动时间１５ｍｉｎ，固化时间２ ２ｈ；使用ＭＤＩ⁃５０的流动时间可达１３６ｍｉｎ，固化时间１３ｈ；使用ＴＤＩ的流动时间２５ｍｉｎ，固化时间３ ５ｈ㊂实际生产中在满足其他性能指标要求的前提下，应尽量多充填无机填料，并降低黏度㊁增加流动时间㊂
４㊀展望
聚氨酯灌封胶使用范围不断扩大，目前已经大规模用于电子元器件灌封㊁高压电力设备等㊂不同的使用环境对产品的性能要求不同，但目前对于特殊领域聚氨酯灌封胶的研究还不够充分㊂
在工业生产中一般要求原材料性价比高，笔者在总结过程中发现近年对高性价比的原料体系的研究偏少，对封装工艺例如气泡快速排除等的研究也偏少㊂同时发现聚氨酯灌封胶某些性能需要进一步提升，
比如提高聚氨酯灌封胶的透明性㊁耐热耐光性（达到有机硅灌封胶的老化性能）等㊂
参㊀考㊀文㊀献
［１］㊀杨兴兵，李金亮．煤矿加固用聚氨酯材料的研究进展［Ｊ］．聚氨酯工业，２０１１，２６（５）：１－４．
［２］㊀张博文，梅启林，黄延楷，等．导热聚氨酯灌封胶的制备与性能研究［Ｊ］．复合材料科学与工程，２０２０（２）：１０１－１０５．［３］㊀袁振．特种聚氨酯灌封胶研制［Ｄ］．北京：北京化工大学，２０１０．［４］㊀李三军．聚氨酯灌封胶的技术进展［Ｊ］．化工新型材料，２００１（３）：３－６．
［５］㊀张进，冯渐超，何伟国，等．端羟基聚丁二烯主链改性研究进展［Ｊ］．化学推进剂与高分子材料，２０２０，１８（４）：１－１１，１８．［６］㊀关键，罗祥林，乐以伦．蓖麻油基聚氨酯灌封胶的固化行为研究（Ⅱ）固化过程中异氰酸根含量变化和热量变化［Ｊ］．塑料工业，２００１（６）：２４－２５，４１．
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［９］㊀徐海涛，郝爱友，杨勇，等．ＭＤＩ⁃５０在电器灌封胶中的应用研究［Ｊ］．聚氨酯工业，２００４，１９（２）：２５－２７．
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［１２］石雅琳，杨亚琴，王振，等．端羟基聚丁二烯电器灌封胶的力学性能［Ｊ］．聚氨酯工业，２００６，２１（４）：２２－２４．
［１３］张卿彦，唐淑贞，刘兴海．超支化多元醇对丁羟聚氨酯灌封胶力学性能影响的研究［Ｊ］．化工新型材料，２０１７，４５（１１）：７３－７５．
［１４］马玉春，郑水蓉，孙曼灵，等．双组分聚氨酯灌封胶的合成及其性能表征［Ｊ］．中国胶粘剂，２０１２，２１（１０）：４３－４７．
封胶机［１５］李海柱，仪海霞，邵蒙，等．膜组件用聚氨酯灌封胶的制备及性能研究［Ｊ］．中国胶粘剂，２０２０，２９（２）：２６－３０．
［１６］朱本玮，林安，甘复兴．聚氨酯弹性灌封料的研制［Ｊ］．聚氨酯工业，２００６，２１（６）：３３－３６．
［１７］张成彬，向平，张均，等．可再生多元醇蓖麻油基聚氨酯灌封胶的制备与性能研究［Ｊ］．现代化工，２０１６，３６（１０）：５９－６３．［１８］王有川，赵安然，李强军，等．导热灌封胶在电机上的应用［Ｊ］．绝缘材料，２０２０，５３（８）：４４－４９．
［１９］安佳丽，周正发，王洁玲，等．导热聚氨酯灌封胶的研制［Ｊ］．聚氨酯工业，２０１２，２７（５）：３５－３７．
［２０］张博文，梅启林，黄延楷，等．导热聚氨酯灌封胶的制备与性能研究［Ｊ］．复合材料科学与工程，２０２０（２）：１０１－１０５．［２１］李阳，王炜，华载文．阻燃型聚氨酯灌封胶的研制［Ｊ］．中国胶粘剂，２００２（２）：１１－１３．
［２２］杨志星，丁学渊，吴蓁．阻燃型聚氨酯高压电缆接头灌封胶性能研究［Ｊ］．聚氨酯工业，２０１８，３３（１）：２３－２６．
［２３］张大丽，刘宗旺，邹家桂，等．无卤阻燃柔性聚氨酯灌封胶配方研究和工艺优化［Ｊ］．绝缘材料，２０１８，５１（８）：１６－２０．
收稿日期㊀２０２０－１１－２５㊀㊀修回日期㊀２０２１－０１－１４
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｔｔｉｎｇｓｅａｌａｎｔ；ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｃｙ；ｐｏｌｙｏｌ
作者简介㊀杨兴兵㊀男，１９８３年出生，高级工程师，主要从事高分子材料的研发工作㊂
㊃８４㊃聚氨酯工业㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷
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