聚氨酯胶黏剂,看着这几个书写繁琐的字,你脑中是否又自动将它归入了“遥远的化工品”一类?先别着急归类,其实这个化工品离我们的生活很近,近到你出行乘坐的飞机高铁上、生病用过的医药材料中,都有它的存在。
防止高铁地铁车身变形
近年来,随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展,以及人们对高速列车舒适性、安全性和环保性的要求越来越高,车辆制造对配件和材料的要求也越来越严。车身的制造过程中,如果采用铆接方式,由于是点式连接,容易在铆钉与螺纹孔周围产生应力;如果采用焊接方式,由于金属受热的不均匀,也非常容易产生应力。而且,这两种连接方式的结构受到外力作用时,就可能发生连接处先被破坏,进而整个车身结构被破坏的情况。
但如果采用弹性粘接方式,由于没有加热过程,材料不会变形;而且,形成的弹性接头应力分布均匀,当粘接面积较大时,完全可以提供与铆接方式或焊接方式相同的连接功能。因此,近年来,粘接工艺在高速列车动车组生产过程中起到了越来越重要的作用,而用于粘接的介质就是聚氨酯胶黏剂。
聚氨酯胶黏剂主要用于高铁、地铁的粘接和密封,比如司机室前挡风玻璃的粘接、侧窗玻璃的粘接、司机室面罩与车体的粘接、车体大部件的粘接,以及内部防水部位的密封、焊缝的密封、地板的密封、车下防火板的密封。
有数据显示,一个地铁车厢要用20千克左右的聚氨酯胶黏剂,1000辆车就要用70吨聚氨酯胶黏剂。预计到2020年,全国拥有轨道交通的城市将达到50个,里程将达到6000千米的规模。而我国高铁运营里程目前已达到1.9万千米,居世界第一位;预计到2020年,我国高铁运营里程将达到3万千米。仅这两个领域对聚氨酯胶黏剂的需求量就不可小觑。
不过也有专家指出,聚氨酯胶黏剂还需解决一些技术问题,才能把握住这个市场。
黎明化工研究设计院有限责任公司高工王自新介绍说,由于弹性粘接材料多为有机高分子化合物,所以聚氨酯胶黏剂耐高温性能差,不适宜长期处于高温环境。
“比如在印度孟买,一年里有4个月都是雨季,最高温度达43℃,地铁用密封胶就出现了老化龟裂现象。提高聚氨酯胶黏剂耐湿热耐老化性能是一个应用课题。”中车南京浦镇车辆有限公司主审工艺师魏培欣说。
保障航天飞行器顺利升空
聚氨酯胶黏剂对多种基材都有良好的粘接性能,较其他胶黏剂具有更好的韧性、耐低温性和密封性。因此,航空航天也是聚氨酯胶黏剂的常用应用领域,主要应用在防水耐压粘接和密封、高低温交变粘接和密封,以及阻尼减振等方面。例如,数据记录装置在使用过程中,电子组件因振动时常损坏,使用聚氨酯胶黏剂可以阻尼减振,有效保护电子组件。
有一种国产的耐低温性能良好的聚氨酯胶黏剂,可用于液氢和液氧贮存箱铝壳体底涂,外面喷涂低导热系数的绝热用聚氨酯泡沫塑料,以减少因贮存温度升高引起的液氢液氧损失。
运载火箭和飞船等航天飞行器使用液氢液氧作为推进剂,液氢液氧如果泄漏将会导致飞行器燃烧或爆炸,造成人员伤亡和巨大的经济损失。因此,作为推进系统的密封材料,耐低温性和抗氧化性是其重要指标。就耐低温性来说,密封材料的选择主要依据其物理性能,如附着力、冲击强度、膨胀系数等;就抗氧化性来说,密封材料的选择主要依据其化学特性,即与液氧不发生化学反应。含氟聚氨酯分子中,卤素含量高,使其具有自熄性,且分子中氟原子半径小,排列起来可把碳链包住,使其具有良好的化学惰性,因此,含氟聚氨酯胶黏剂是很好的低温密封材料。
火箭发动机的推进剂燃烧时,会产生温度高达3000℃~4000℃、压力高达3Mpa~10Mpa的高速冲刷气流。为了对发动机金属壳体进行热防护,需要将内绝热材料置于发动机金属壳体内壁与推进剂药柱之间。三元乙丙橡胶作为内绝热材料应用在许多火箭发动机上,但是其粘接性差,与各种壳体材料粘接困难。而通过聚氨酯胶黏剂制成的三元乙丙绝热胶片,可以直接粘接在发动机内表面,也可以按照发动机壳体内型用模具预成型,再粘接,提高发动机的完整性和可靠性。
中国运载火箭技术研究院航天材料及工艺研究所赵飞明博士表示,航天工业对聚氨酯胶黏剂不断有新的需求,需要碳硼烷聚氨酯类耐高温胶黏剂,耐低温、阻尼减振、高强高韧、高抗撕、对多种基材有良好粘接性能等有特定功能的胶黏剂。因此,聚氨酯胶黏剂行业仍有许多工作可做。
让医用材料与人体更相容
大量动物实验和临床实验证实,医用聚氨酯胶黏剂无毒,对局部无不良反应。聚氨酯胶黏剂在创伤敷料、骨黏合剂、压疮的预防与治疗、经皮给药系统、手术薄膜及医药包装等方面的应用及研究进展较快。这是由于聚氨酯胶黏剂分子结构中含有极性很强、化学活性很高的氨酯基和异氰酸酯基,当它与含有活泼氢的物质接触时,能在短时间内变成柔软的粘接力较大的弹性体状生物。同时,聚氨酯与被粘接物体之间产生的氢健作用会使高分子内聚力增强,使粘接更加牢固。而且,由于聚氨酯胶黏剂中含有的氨基甲酸酯键与氨基酸的结构相似,故具有良好的生物相容性。
我们都知道,传统的水性绷带或创可贴都是水溶性的,不防水,而且透气性差。湖北航天化学技术研究所吴明江高工介绍说,水性聚氨酯胶黏剂作为绷带或创可贴成膜剂,干燥成膜后会形成大量透气微孔,防水性、透气性、透湿性都很好,而且水性聚氨酯胶黏剂的固体含量为50%,干燥更为迅速,胶膜柔韧可调。
医用骨黏合剂是一种新型的骨折或骨缺损的固定材料,具有操作简便、快速黏合等优点。目前,临床上使用的骨黏合剂以聚甲基丙烯酸甲酯类黏合剂和磷酸钙系黏合剂为主,存在韧性差、固化时间长等问题。聚氨酯骨胶黏剂由蓖麻油衍生的多元醇与异氰酸酯反应后混入粉末状的碳酸钙制得,是一种完全无毒性的骨黏合剂,使用时按用量比例将3种成分混合,几分钟后就可以任意塑性,固化后的结构和强度与骨骼十分相似。因此,聚氨酯骨胶黏剂以其使用简便、可任意塑性、无不良反应等优异特点,在骨折修复方面有很好的应用前景。
药物通过皮肤吸收进入人体血循环,并达到有效血药浓度,从而实现疾病的预防或治疗,开辟了无创伤给药的新途径。压敏胶是经皮给药系统的重要材料之一。传统用于经皮给药系统的压敏胶有3大类:聚异丁烯类、硅橡胶类、聚丙烯酸酯类。因其透气性差、生物相容性不佳、药物负载量不理想及长期使用会对皮肤造成伤害等因素,难以在临床上推广。亲水性聚氨酯压敏胶黏剂具有良好的透气性,吸收性强,生物相容性好,不会对皮肤造成伤害,而且药物负载量大、药物释控能力强,在经皮给药系统方面有着良好的应用前景。
医用手术薄膜是一种先进的无菌外科手术材料,主要作用是保持手术区无菌,防止患者感染,为手术的成功提供保障。热熔型医用聚氨酯压敏胶黏剂薄膜与传统聚乙烯手术薄膜相比,具有轻薄柔软、高弹性、防水透湿性等特性,在长时间的手术使用中能保持伤口边缘周围皮肤的良好粘贴,防止细菌侧向转移,减少感染机会。尤其是在感染机会较高的骨科手术、心脏瓣膜置换、脑脊液分流等手术中,医用聚氨酯压敏胶黏剂薄膜可起到明显降低感染率的作用。专家认为,随着人们对医疗卫生产品的要求越来越高,国内医疗卫生领域对聚氨酯压敏胶黏剂手术薄膜的数量和功能化要求将快速增加。