照明用脱醇型有机硅密封胶的制备及其性能研究

姚荣茂，吴健涛，陈炳耀，全文高

（1.广东三和化工科技有限公司，广东 中山 528429；2.广东三和控股有限公司，广东 中山 528325）

引 言

室温硫化有机硅密封胶拥有良好的密封性、粘接性，尤其在耐老化、耐候性和耐辐射等方面表现突出，符合照明环境辐射大、温度高、密封性高等需求，是现代LED 灯具、照明等领域应用和开发的主要方向。根据有机硅密封胶硫化释放小分子的不同，具体可以分为脱肟型、脱醇型、脱酸型、脱酮型、脱胺型与脱酰胺型等六大类，其中前三者市场占有量大、深受消费者喜爱[1]。但脱肟型、脱酸型密封胶对灯具金属或PC 外壳基材有一定的污染和腐蚀损坏，因此更加环保的脱醇型密封胶是灯具照明行业粘接、密封的首选[2]。

目前市场销售的脱醇型有机硅密封胶施工和储存性能有待提升，剥离强度与粘接强度都很难满足大型LED 照明灯具使用需求。本试验研制一款适用于灯具照明领域的脱醇型单组分有机硅密封胶，分析了107 硅橡胶、硅烷偶联剂选型以及纳米碳酸钙、交联剂添加量对密封胶胶液粘接、施工和储存性能的影响，以期制备出具有高强度剥离等粘接性能的密封胶产品，满足照明行业装饰、密封与粘接需求的有机硅密封胶。

1 试验部分

1.1 主要原料

α,ω-二甲氧基聚二甲基硅氧烷（80000mPa·s），江西蓝星星火有机硅有限公司；二甲基硅油（201-500），山东东岳有机硅材料股份有限公司；纳米碳酸钙（KS-80），凯恩斯纳米材料有限公司；甲基三甲氧基硅烷（HG-2101），杭州硅宝化工有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（LT-550）、γ-（2.3 一环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（LT-560）、N-（β- 氨乙基）-γ- 氨丙基三甲氧基硅烷（LT-792），湖北新蓝天新材料股份有限公司；γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷（CG-C312），曲阜晨光化工有限公司；双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯螯合物（LK-Ti503），美国杜邦。

1.2 仪器及设备

NH（Z）-5 真空捏合机，南通福斯特机械制造有限公司；DMS-XJB-5 双行星搅拌机，湖南麦克斯搅拌捏合设备有限公司；压流黏度计，瑞士FitechAG公司；JY-LX-101 电脑伺服万能材料试验机，上海巨夷仪器设备有限公司；LX-A 邵氏硬度计，上海旭常工业设备有限公司；ASTD-HWS 恒温恒湿试验机，广东艾斯拓鼎设备有限公司；JA51002 标准天平，上海菁华科技仪器有限公司；QUV 紫外光加速老化试验机，东莞市正航仪器设备有限公司。

1.3 密封胶制备工艺

按照工艺配方要求，分别将107 硅橡胶、二甲基硅油、碳酸钙填料加入到真空捏合机中，开启高速搅拌混合物料并迅速升温，当料温达到110℃后打开真空（真空度-0.085MPa 以下，下同）持续搅拌脱水2.5h，最后关机待物料自然冷却后得到半成品基料。将冷却后的基料投入双行星搅拌机中，按照工艺量投入甲基三甲氧基硅烷等交联剂，打开真空中速搅拌15min，然后氮气解压下加入偶联剂并在真空中搅拌8min，最后同样氮气解压下加入催化剂并持续搅拌20min 至物料搅拌充分，出料后灌装到塑料瓶备用。

1.4 性能测试

表干时间：按照GB/T13477.5-2017 表干时间方法制样，在恒温恒湿试验环境中将密封胶挤出到干净玻璃板上，然后用指头尖部轻轻触碰胶液表层，从胶液挤出到不粘手所用时长即为表干时间。

24h 固化深度：在恒温恒湿检测实验室中，将密封胶胶料挤出到干净的玻璃板上，胶条大小为直径6mm，在24h 后切开胶条查看其胶条固化深度。

邵尔硬度：根据GB/T531.1-2008 文件指导制样，将硅橡胶样品放置在邵尔A 硬度计压针中压下检测，通过3 个或3 个以上的不同的位置检测，以硬度计压入深度值表现硬度。

挤出性：按照GB/T13477.3-2017《建筑密封材料试验方法第3 部分使用标准器具测定密封材料挤出性的方法》测定。

拉伸强度及断裂伸长率：按GB/T528-2009 进行制样与养护，采用双伺服万能材料试验机对式样逐一拉伸检测，记录其拉伸过程所需力值和断裂伸长率。

贮存期：按GB/T7123.2-2002 测试，将密封胶试样放置到（23±2）℃、相对湿度温度为（50±5）%的恒温试验箱中，以一定时间间隔取出试样并检测其黏度、表干、粘接性等操作性能，通过记录密封胶保持其操作性能的最长时间作为贮存期。

2 结果与讨论

2.1 107 基胶黏度对密封胶强度性能影响

107 基胶作为密封胶胶浆的主料，其种类与用量的选择直接关系到密封胶的粘接、密封性能和施工效果。本试验从胶液施工挤出性能与硫化速率方面重点分析，并延伸考察了密封胶的粘接力学性能。通过选用不同黏度的107 基胶制备密封胶试样，总结出107 基胶黏度对密封胶力学指标的影响，结果见表1。

从表1 数据可以看出，随着基胶107 胶黏度的不断增大，所研制的脱醇型密封胶硫化速度加快，表干时间缩短、固化深度增大，此外断裂伸长率也在翻倍提升。但是107 基胶黏度增大超过80000mPa·s时，密封胶胶液的施工挤出困难，且密封胶的拉伸强度也有所下降，降低了密封胶的施胶操作性能和粘接密封效果。此外，107 胶黏度增大过程降低了胶液的挤出性能、施胶操作困难，影响照明灯饰密封粘接点胶工作进度。这是因为黏度越大的107 胶具有更长的链节，所制备胶液交联密度低，空气水分子越容易侵入，所有粘接强度下降、硫化速率加快[3]。综合考虑照明灯具装配施胶效率与粘接力学性能需求，试验优选基胶黏度为80000mPa·s 的107 胶，研制胶液表干硫化时间适宜、施工操作便捷、粘接密封性能优越的灯具装配用胶。

2.2 填料添加量对密封胶性能的影响

活性纳米碳酸钙是有机硅密封胶常见的补强原料，未添加填料的密封胶力学、粘接性能均无法满足施工需求。纳米碳酸钙成本低廉、供应量大，少量的投入即可达到降低生产成本、提升产品力学性能的目的[4]。试验过程中通过调整纳米碳酸钙配方量，分析了填料纳米碳酸钙添加量对有机硅密封胶的影响，结果见表2。

表2 纳米碳酸钙添加量对密封胶的影响Table 2 The influence of the amount of nano calcium carbonate on the sealant

由表2 数据可以看出，随着填料纳米碳酸钙添加量的逐渐增加，有机硅密封胶的硬度、拉伸强度和断裂伸长率均显著提升，当填料添加量为120 份时，此时的拉伸强度、断裂伸长率分别为2.35MPa 和426%。当碳酸钙填料超过120 份后，胶液的拉伸强度和断裂伸长率不升反降，同时密封胶挤出困难、表干太快，不利于施工操作。综合试验结果发现，为了获得最佳的有机硅密封胶力学性能与施工性能，试验优选活性纳米碳酸钙添加量为120 份。

2.3 交联剂添加量对密封胶性能的影响

交联剂原料在密封胶体系中，主要促进107 硅橡胶从线性结构形成网状结构弹性体，其添加量的大小直接影响胶液的表干固化时间和贮存稳定性[5]。本试验优选HG-2101 为交联剂原料，在保持其他原料种类添加量不变情况下，考察交联剂添加量对密封胶性能指标的影响，详见表3。

表3 HG-2101 添加量对密封胶性能的影响Table 3 The influence of HG-2101 addition amount on the performance of sealant

从表3 数据明显发现，随着交联剂添加量的逐渐增大，密封胶的硫化速度迅速加快，具体表现在表干时间缩短、24h 固化深度增大。同时还可以看到，交联剂添加量越大时，密封胶硫化硬度增强，胶液贮存周期增长。主要是因为交联剂在密封胶体系中有效的消耗了各类原料含有的微量水分，交联剂添加量越多其交联反应形成的网状结构越密集，所以密封胶硫化速度加快、硬度提升，同时延长了密封胶胶液的的贮存有效期限[6]。但当交联剂添加量超过4 份后，密封胶的硫化速率逐步下降，且硬度性能和贮存稳定性趋于稳定，因为过量的交联剂投入并没有全部参与反应，部分交联剂游离在密封胶体系中影响硫化性能。结合施工表干时间、固化深度等效率需求和贮存稳定性考虑，本试验选用甲基三甲氧基硅烷交联剂的添加量为4 份时，所制密封胶硫化速率适中，且贮存稳定性良好。

2.4 偶联剂牌号选择对密封胶的影响

硅烷偶联剂同一分子结构中具有不同化学性质的官能团化合物，其在密封胶体系中促进基胶与填料的结合，有效提升107 硅橡胶和补强填料分散、相容性[7]。硅烷偶联剂少量加入可以改善胶液与基材的界面黏附性，在密封胶行业中被当作增黏剂广泛运用。试验中选用了常用的LT-550、LT-560、LT-792和CG-C312 等4 个硅烷偶联剂，逐一分析了各种偶联剂制样对密封胶贮存性能与粘接密封性的影响，试验结果详见表4。

表4 各牌号偶联剂所制密封胶性能的汇总Table 4 The summary of the performance of sealants prepared with coupling agents of various brands

从表4 数据可以看出，选择不同的硅烷偶联剂牌号制胶，其胶液硫化速率、力学性能与贮存稳定性均有很大差异。当选用CG-C312、LT-560 这两个牌号偶联剂时，所制密封胶硬度、拉伸强度与断裂伸长率均表现较差，特别是CG-C312 所制样品贮存周期短、表干时间长，不利于实际施工需求，均排除出本试验硅烷偶联剂采用范围。剩下的LT-550 和LT-792 两个牌号偶联剂，所研制密封胶硫化性能与力学性能不相上下，符合产品施工与产品质量需求。同时我们还可以看出，LT-550 制胶的贮存稳定性相比于LT-792 更稳定，有更长的贮存、周转周期。综上考虑试验最终选择LT-550 牌号为密封胶硅烷偶联剂，所制胶液效贮存稳定性、力学性能最佳。

3 结 论

结合以上试验结果得出，优选α,ω-二甲氧基聚二甲基硅氧烷为107 基胶，采用活性纳米碳酸钙填充，通过加入一定比例交联剂、偶联剂、促进剂等功能溶助剂原料，制得一款力学性能良好、贮存稳定的脱醇型高强度密封胶产品。兼顾密封胶力学粘接性能与贮存、硫化性能的需求，试验确定最优配方为选用100 份黏度为80000mPa·s 的107 胶，120 份填料纳米碳酸钙补强、4 份交联剂，以牌号LT-550 为硅烷偶联剂。通过以上配方研制出脱醇型有机硅密封胶贮存期可达9个月、表干硫化速率适中，同时拉伸强度、断裂伸长率等力学粘接性能优异，基本符合灯具照明装饰与密封方面施工需求[8]。