装配式建筑用硅烷改性聚醚密封胶的研制及其性能影响因素

王治，胡慧莹，周祎，王婷婷，王韩，尹蕊

（1.河南建筑材料研究设计院有限责任公司，河南 郑州 450002 2.河南省科学院质量检验与分析测试研究中心，河南 郑州 450002）

0 前 言

随着国内装配式建筑的兴起，除传统硅酮密封胶、聚氨酯密封胶、聚硫密封胶外[1-3]，一些国外先进密封胶产品也积极进军国内市场，如硅烷改性聚醚密封胶（MS 密封胶）等。以往由于用户对装配式建筑防水及密封材料评判标准认知不足，错误的选材或施工导致装配式建筑防水出现了各类问题，造成安全隐患和经济损失。因此，研制一种能与混凝土外墙板紧密粘接、弹性好、耐候性佳、可涂覆、低污染的高性能MS 密封胶，满足装配式建筑墙板接缝的密封要求，提升该领域的研发和标准化水平，具有较强现实意义。

1 实 验

1.1 原材料及MS 密封胶的制备

纳米碳酸钙：60～80 nm，山西新泰桓信纳米材料有限公司；重质碳酸钙：4.5～5.3 μm，长兴欧米亚钙业有限公司；邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）：美国埃克森美孚石油公司；钛白粉R706：上海黑虎化工有限公司；紫外线吸收剂326、光稳定剂770：巴斯夫（中国）有限公司；硅烷改性聚醚（920R）：上海东大化学科技有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）：湖北新蓝天新材料股份有限公司；有机锡催化剂（U220H）：日本日东化成产业株式会社有限公司；邻苯二甲酸二辛酯（DOP）：兰溪正元化工；聚醚2000：上海东大化工有限公司；S203H、S303H、SAX260：日本钟渊化学工业公司。

依据既有经验，结合装配式建筑特点，设计如表1 所示的MS 密封胶的基本配方，研究填料、增塑剂、硅烷改性聚醚、偶联剂、催化剂对MS 密封胶性能的影响，如采用相同剂量、不同牌号的硅烷改性聚醚制备密封胶试样，并测试其相关性能。

表1 MS 密封胶的基本配方

按表1 配比将填料、增塑剂、钛白粉、紫外吸收剂、光稳定剂加入有高速分散盘的搅拌釜中，高温真空脱水3 h 后，降温至50 ℃以下；向预混料中加入硅烷改性聚醚（920R）、硅烷偶联剂、催化剂，搅拌0.5 h，取出试样，装入高密度聚乙烯（HDPE）试管中备用。

1.2 硅烷改性聚醚的结构及其固化机理（见图1）

如图1 所示，硅烷改性聚醚（亦称MS 预聚物，基础聚合物）以聚醚（PPO）为主体，分子链末端为二甲氧基或三甲氧基。在催化剂和水作用下，PPO 分子链末端基团间发生共价键重组，缩合脱去醇类小分子，PPO 分子链彼此交联，形成具有一定强度的网络固结体[4-5]。

1.3 硅烷改性聚醚密封胶的性能测试

表干时间按GB/T 13477.5—2002《建筑密封材料试验方法表干时间的测定》8.2 B 法测试：（23±2）℃、（50±5）%RH下，在丙酮清洗过的玻璃板上刷涂适量MS 密封胶并刮平表面（厚度约3 mm）；静置适当时长，用无水乙醇清洁过的指端轻触试样表面3 个部位；间隔适当时长再度轻触，直至试样表面不具粘附性，则静置的总时长即为密封胶表干时间。

拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能》所述方法测试：将密封胶用胶枪注入四氟乙烯模具框并刮平表面（注意勿带入气泡、控制胶层厚度2.0～2.5 mm），在（23±2）℃、（50±5）%RH 下固化7 d；取出试样，切割成标准尺寸哑铃形试件，以500 mm/min 的速率进行拉伸，测试密封胶的常温拉伸强度和伸长率。

硬度按GB/T 531—2014《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法》测试；拉伸模量按GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料试验方法 拉伸粘结性的测定》8.2 A 法测试；弹性恢复率按GB/T 13477.17—2017《建筑密封材料试验方法 弹性恢复率的测定》测试。

2 结果与讨论

2.1 填料对密封胶性能的影响

在密封胶原材料中，填料的用量最大，直接影响密封胶的物理性状，而碳酸钙为目前常用的密封胶填料。故本文在碳酸钙总量不变的基础上采用不同组分的碳酸钙混合物[5]，即通过改变重质碳酸钙与纳米碳酸钙的质量比，研究密封胶体系力学性能的变化，结果见表2。

表2 不同组分碳酸钙对密封胶力学性能的影响

由表2 可知，在上述质量比范围内，随着纳米碳酸钙用量的增加，密封胶的拉伸模量和拉伸强度有所提高、断裂伸长率显著增大。这是由于纳米碳酸钙微粒比表面积大、在体系中均匀分布，能有效分散材料的屈服应力，使其表现出更好的延展性，增强效果优于重质碳酸钙。

2.2 增塑剂对密封胶性能的影响

密封胶常用增塑剂有邻苯二甲酸酯、石油树酯、苯甲酸酯等，以及低黏度、低分子质量的聚醚多元醇[6]。选用DINP、DOP、聚醚2000 三种增塑剂进行试验，结果见表3。

表3 增塑剂对MS 密封胶性能的影响

由表3 可知，使用DINP 和DOP 制备的密封胶试样性能相近，而DINP 效果稍好。这是由于DINP 比DOP 碳链长、分子质量大，更耐老化、耐高温、抗迁移、抗萃取，且更环保。与之相比，使用聚醚2000 的密封胶试样拉伸模量有较大提高、断裂伸长率明显降低、拉伸强度略有提高。综合考虑，DINP 更适合作为MS 密封胶体系的增塑剂。

2.3 硅烷改性聚醚对密封胶性能的影响

实际施工中通常要求单组分MS 密封胶的表干时间为1～3 h、消粘较为迅速、拉伸模量较低、断裂伸长率＞600%、弹性恢复率＞70%[7]。结果见表4。

表4 不同硅烷改性聚醚对制备的密封胶性能的影响

由表4 可见，用920R 制备的单组分MS 密封胶综合性能优异，而用S203H 制备的密封胶试样表干时间过长、消粘缓慢、弹性恢复率低，不符合应用要求。

2.4 偶联剂对密封胶性能的影响

偶联剂在提高MS 密封胶与基材粘结强度的同时，又改善了胶体的拉伸力学性能。选用3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH540）、N-正丁基-3-氨丙基三甲氧基硅烷（Dynasylan 1189）、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷（Dynasylan DAMO）3 种硅烷偶联剂进行试验，结果见表5。

表5 硅烷偶联剂对密封胶性能的影响

由表5 可知，与Dynasylan DAMO 相比，用Dynasylan 1189 制备的MS 密封胶具有表干时间长、拉伸模量低、拉伸强度低、邵A 硬度低、断裂伸长率高等特性，而用KH540 制备的密封胶的力学性能居于上述两者之间。这是由于Dynasylan DAMO 分子结构中含有伯、仲胺，可以有效催化MS 预聚物的交联固化，使固结体表干时间缩短、模量提高、强度和硬度增加、断裂伸长率降低；而KH540 中只有1 个伯胺基，与Dynasylan DAMO 相比碱性较弱、催化活性较低。综合考虑，Dynasylan 1189 更适合作为MS 密封胶体系的偶联剂。

2.5 催化剂对密封胶性能的影响

催化剂直接影响密封胶的表干时间和贮存稳定性。选用二月桂酸二丁基锡（DY-12）、U-220H 螯合锡（Chelating tin）2种有机锡催化剂进行试验，将所制取的密封胶试样静置于80℃烘箱中老化处理7 d，测试其表干时间及储存稳定性[8]，结果见表6。

表6 不同催化剂对密封胶表干时间和稳定性的影响

由表6 可知，随着催化剂用量增大，密封胶的表干时间显著缩短，相同用量下，U-220H 密封胶试样的表干时间更短，可见U-220H 的催化活性明显优于二月桂酸二丁基锡。但当其用量达到0.3%时，密封胶的储存稳定性变差。催化剂的选用可随时令季节而改变，依据表6 的规律，U-220H 更适合冬季使用、二月桂酸二丁基锡更适合夏季使用。

3 结 语

由于良好的基材粘接性、表面可涂饰性、耐老化性、低污染性，硅烷改性聚醚密封胶应用于装配式建筑防水成为当前的热点。本研究以MS 密封胶基本配方为参考，研究了填料、增塑剂、硅烷改性聚醚、硅烷偶联剂、催化剂对密封胶性能的影响。

（1）纳米碳酸钙对密封胶试样拉伸强度、断裂伸长率的改善作用优于重质碳酸钙；邻苯二甲酸二异壬酯更适合作为MS 密封胶的增塑剂；用920R 硅烷改性聚醚制备的单组分密封胶综合性能优异；Dynasylan 1189 可有效降低拉伸模量、提高断裂伸长率，适合作为偶联剂使用；U-220H 螯合锡的催化活性明显优于二月桂酸二丁基锡，更适用于低温天气。

（2）实际施工中通常要求MS 密封胶的表干时间1～3 h、拉伸模量＜0.4 MPa、断裂伸长率＞600%、弹性恢复率＞70%，通过单一变量的平行试验得出，能实现上述性能指标的理想原料配比为：50 份填料、25 份增塑剂、20 份硅烷改性聚醚、1.5份偶联剂。