阻燃型双组分硅酮结构密封胶的研制

张荣荣，张燕红，杨秀丽，张志新，张敬伟

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450007）

阻燃型双组分硅酮结构密封胶的研制

张荣荣，张燕红，杨秀丽，张志新，张敬伟

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450007）

以端羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）为基胶，甲基硅油为增塑剂，膨胀型阻燃剂为阻燃添加剂，纳米碳酸钙为补强填料，采用有机锡催化体系，制备成双组分硅酮结构密封胶。研究了物理力学性能及107硅橡胶的黏度、纳米碳酸钙的用量以及阻燃剂的用量对密封胶性能的影响。结果表明，其物理力学性能满足GB16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》要求，阻燃性能达FV-0级，属于环保型产品。

阻燃；硅酮结构密封胶；环保

硅酮结构密封胶作为室温硫化（RTV）硅橡胶，无须加热、光照或其他特殊条件，在室温下与空气中的湿气接触即可硫化成弹性体，使用方便。同时，硅酮结构密封胶由于具有优异的耐高低温性，良好的耐水性，卓越的耐候性，对各种基材（如玻璃、铝、水泥等）具有良好的粘接性，抗位移能力强等特点而成为玻璃幕墙结构粘接密封的理想材料。近年来由于人们的安全和环保意识不断增强，对玻璃幕墙的防火性要求越来越高，因此，硅酮结构密封胶的阻燃性、环保性也越来越受到重视。

本研究采用无卤膨胀型阻燃剂为阻燃添加剂，纳米碳酸钙为补强填料，二月桂酸二丁基锡为催化剂，聚甲基三乙氧基硅烷为交联剂，γ–氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂制备出具有阻燃性和环保性的双组分硅酮结构密封胶。

1 实验部分

1.1 主要原材料

羟基封端聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶，10 000～80 000 mPa·s），江西星火有机硅厂；甲基硅油（350 mPa·s），道康宁公司；交联剂：聚甲基三乙氧基硅烷，湖北蓝天化工有限公司；偶联剂：γ–氨丙基三乙氧基硅烷，南京能德化工有限公司；二月桂酸二丁基锡，南京能德化工有限公司；纳米碳酸钙，常州碳酸钙有限公司；无卤膨胀型阻燃剂，东莞市道尔化工有限公司。

1.2 仪器及设备

双行星动力混合实验机，佛山金银河机械设备有限公司；电子万能试验机，深圳市新三思材料检测有限公司；水平垂直燃烧试验箱，上海久戈机电科技有限公司。

1.3 阻燃型双组分硅酮结构密封胶的制备

将107硅橡胶、甲基硅油、碳酸钙、阻燃剂放入双行星搅拌机中，抽真空搅拌1 h，混合均匀后出釜制得A组分。将6份交联剂、3份偶联剂、0.1份催化剂、10份硅油、3份碳黑按一定比例加入双行星搅拌釜中，抽真空搅拌1 h，混合均匀后出釜制得B组分。其中，A、B组分的混合质量比为12∶1。

1.4 性能测试

拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 528—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》测定；力学性能按GB 16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》进行测试；阻燃性能按GB/T 2408—2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》中的垂直法测定。

2 结果与讨论

2.1 107硅橡胶黏度对密封胶性能的影响

选择不同黏度的107硅橡胶制成密封胶，其拉伸强度和断裂伸长率实验结果如表1所示。

由表1可以看出，随着107胶黏度的增加，密封胶的拉伸强度和断裂伸长率都在增加。这是因为黏度增加，107胶的分子链变长，端羟基减少，交联点减少，交联密度降低，其所受应力可以更好地通过交联点分散到周围的分子链上。但是，随着107胶黏度的增大，其流动性将受到限制，进而影响密封胶的工艺性能。综合考虑，选用黏度为50 000 mPa·s的107胶制成的密封胶性能较好。

表1 107胶黏度对密封胶性能的影响Tab.1 Influence of viscosity of 107 silicone rubber on sealant performance

2.2 纳米碳酸钙用量对密封胶性能的影响

在100份 黏 度 为50 000 mPa·s的107胶中，加入50份的甲基硅油和不同量的纳米碳酸钙制成密封胶，对密封胶的拉伸强度、断裂伸长率进行测试，结果如图1和图2所示。

图1 纳米碳酸钙用量对密封胶拉伸强度的影响Fig.1 Influence of nano-calcium carbonate amount on tensile strength of sealant

图2 纳米碳酸钙用量对密封胶断裂伸长率的影响Fig 2 Influence of nano-calcium carbonate amount on elongation at break of sealant

由图1和图2可知，纳米碳酸钙用量由20份增加到120份，密封胶的拉伸强度和断裂伸长率增加缓慢，当用量由120份增加到140份时密封胶的拉伸强度和断裂伸长率都有显著增加，当用量达到160份时，拉伸强度与140份时的相当，断裂伸长率与140份时的相比明显下降。

这是由于用纳米碳酸钙作填料制成的密封胶其分散程度与密封胶的黏度大小密切相关。当纳米碳酸钙用量较低时，密封胶的黏度略有增加，胶中有较大尺寸的团聚体，粒子分散不均匀，与基体作用界面较小，使得力学性能提高不大；随着纳米碳酸钙用量的增加，当增加至一定量时，填充胶料的黏度陡然增加，而黏度的大幅度增加使得在密封胶加工过程中的剪切力作用下，纳米碳酸钙的团聚体得以破碎，以较小的尺度分散在基体中，与胶料分子的作用点增加，即界面间相互作用增加，从而使密封胶的拉伸强度和断裂伸长率都有明显的增加；纳米碳酸钙用量继续增加，此时纳米碳酸钙的团聚现象变得更加严重，而密封胶加工过程中的剪切力以不足以使团聚体完全破碎，与基体界面间的相互作用受到影响，进而影响密封胶的力学性能[1]。

2.3 膨胀型阻燃剂用量对密封胶性能的影响

膨胀型阻燃剂用量对密封胶性能的影响如表2所示。由表2可以看出，未添加阻燃剂的密封胶完全燃烧；添加40份阻燃剂的密封胶垂直燃烧等级为FV-1级，具有一定的自熄能力；添加60份阻燃剂的密封胶垂直燃烧等级为FV-0级，具有优异的阻燃性能。膨胀型阻燃剂是一类环保型阻燃剂，它以磷、氮为主要活性组分，不含卤素，无需与氧化锑配合使用即能获得良好的阻燃效果。这类阻燃剂添加到密封胶中，密封胶在受热时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等作用，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合环保要求[2，3]。

2.4 性能指标

从阻燃剂用量对密封胶性能的影响可以看出，以100份黏度为50 000 mPa·s的107硅橡胶为基胶，50份甲基硅油为增塑剂，140份纳米碳酸钙为补强填料和60份膨胀型阻燃剂为阻燃添加剂，制备的阻燃型双组分硅酮结构密封胶最为合适。该配方产品具有优异的阻燃性能和良好的物理力学性能，能够满足GB 16776—2005的技术指标，测试数据如表3所示。

表2 阻燃剂用量对密封胶阻燃性能的影响Tab.2 Influence of intumescent flame retardant amount on sealant performance

表3 阻燃型双组分硅酮结构密封胶的物理力学性能Tab.3 Physical mechanical properties of flame-retarded two-component structural silicone sealant

3 结论

1）107硅橡胶的黏度和密封胶的拉伸性能密切相关，当107硅橡胶的黏度增加时，密封胶的拉伸强度和断裂伸长率都增加；

2）密封胶的拉伸强度随纳米碳酸钙用量的增加先增加后趋于稳定，断裂伸长率先增加后降低；

3）密封胶的阻燃性能随着阻燃剂用量的增加而增加。当阻燃剂用量为60份，密封胶的阻燃等级为FV-0级。

4）以 100份 黏 度 为 50 000 mPa· s的107硅橡胶为基胶，50份甲基硅油为增塑剂，140份纳米碳酸钙为补强填料和60份膨胀型阻燃剂为阻燃添加剂制备的密封胶具有优异的阻燃性能和良好的物理力学性能，垂直燃烧等级为FV-0级并满足GB 16776—2005的技术指标要求。

[1]彭娅.纳米碳酸钙填充室温硫化硅橡胶性能及其补强机理的研究[D].成都:四川大学,2004.

[2]欧育湘.阻燃剂性能制造及应用[M].北京:化学工业出版社,2006,235.

[3]Horrocksa R,Price D.Fire retardant materials[M].New York:CRC Press.2001,271.

Abstract：A two-component silicone sealant was prepares with hydroxyl terminated poly dimethylsiloxane (107 silicone rubber) as the base rubber, methyl silicone oil as the plasticizer, intumescent flame retardant as the flame retardant additive, nano calcium carbonate as the reinforcing filler, and using the organic tin catalytic system. The physical mechanical properties of the sealant and the effects of the 107 silicone rubber viscosity, nano-calcium carbonate amount and flame retardant amount on the sealant performance were studied. The results show that the physical mechanical properties of sealant can meet the requirements of GB16776-2005 “silicone sealant for construction”, and the flame resistance of sealant is FV-0 grade, and the sealant belongs to the environment friendly product.

Key words：flame retarding; structural silicon sealant; environment friendly

Preparation of flame-retarded two-component structural silicone sealant

ZHANG Rong-rong, ZHANG Yan-hong, YANG Xiu-li, ZHANG Zhi-xin, ZHANG Jing-wei
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450007, China)

TQ436+.6

A

1001-5922（2017）10-0059-04

2017-05-18

张荣荣（1985-），女，硕士，中级工程师。主要从事硅酮密封胶方面的研究。E-mail：missrrz123@163.com。