装配式建筑用硅烷改性聚醚密封胶的制备及性能探讨

2022-08-02姚荣茂陈炳耀全文高吴健涛

化学与粘合 2022年4期

姚荣茂，陈炳耀,，全文高，吴健涛

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

引言

传统的建筑施工方式以混凝土浇筑为主，这种方式存在操作成本高、施工养护时间长、质量不好掌控等不足，严重地抑制了建筑现代化发展进程。装配式建筑是通过提前将建筑楼梯、门窗、墙面以及楼板等主体部分，首先在建筑厂房里浇筑成钢筋混凝土模型，然后再运输到建筑工地吊装、组装或拼接等方式完成的建筑施工。装配式建筑施工方式只有操作工艺简单、施工维护周期短、低能耗少污染、产品质量好等优势，是现代化建筑施工未来发展主流[1]。

装配式建筑在拼装过程中各构件粘接、墙体防水、门窗密封等均需要大量密封胶，因其各构件间独立浇筑难免有一定缝隙，在建筑物经受风吹日晒自然老化中，接缝的间距位移频繁、间隙会增大，这就对装配式密封胶的粘接性能、弹性恢复率以及模量性能提出了更严峻的挑战。试验优选M S预聚物为主料，通过填料、增塑剂以及偶联剂选型，以其制备出模量低、粘接强度大和优异的弹性恢复率，有效的保障了装配式建筑密封胶粘接、密封及防水等性能稳定。

1 试验部分

1.1 主要原料

硅烷改性聚醚，日本Kaneka公司；邻苯二甲酸二异壬酯（DIN P）、邻苯二甲酸二异癸酯（DID P），上海源叶生物科技有限公司；聚醚二元醇、聚醚三元醇，陶氏化学（中国）有限公司；烷基磺酸苯酯（T-50），聊城义利化工有限公司；纳米碳酸钙（K S-80、K S-100），凯恩斯纳米材料有限公司；重质碳酸钙（G-120）、广西华纳新材料科技有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（LT-550）、γ-（2.3-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；二月桂酸二丁基锡，杭州硅宝化工有限公司。

1.2 仪器及设备

D H L-30L双行星动力混合机，山东龙兴化工机械集团有限公司；50S T电子万能材料试验机，天氏欧森测试设备（上海）有限公司；标准型恒温恒湿试验箱，艾德生仪器有限公司；PT-64S-3（H）高低温（湿热）试验箱，深圳市爱特尔电子科技有限公司；LRHS-NZY紫外光耐气候试验箱，上海林频仪器股份有限公司；压流黏度计，瑞士Fitech AG公司。

1.3 M S胶的制备工艺

按照工艺量将硅烷改性聚醚、邻苯二甲酸二癸酯、纳米碳酸钙、钛白粉以及紫外吸收剂、光稳定剂原料，加入到DHL-30L双行星动力混合机中，开启搅拌和分散开关迅速升温物料，待物料升温至110℃后打开真空继续脱水2.5h。然后关闭设备搅拌和分散，等待釜内物料自然冷却至50℃以下，物料冷却下来后填充氮气保护并逐一加入交联剂、偶联剂以及催化剂等辅助助剂，最后在真空小于-0.085Pa的环境下继续搅拌混合物料，待物料充分搅拌均匀后充氮气泄压并把胶液灌装到铝膜塑料袋中贮存待用。

1.4 性能测试

100%模量：密封胶拉伸到100%模量时，试片单位起始横断面积上所需的力，又称定伸强度或定伸应力，一般分高、中、低三个模量；拉伸强度和断裂伸长率：参照《GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》；粘接破坏形式：按照《GB/T13477.18-2017建筑密封材料试验方法第17部分:剥离粘结性的测定》；弹性恢复率：按照《G B/T 13477.17-2017建筑密封材料试验方法第17部分:弹性恢复率的测定》；相容性测试：将硫化固化后的胶条放入到增塑剂液体中浸泡15d，然后查看胶条的溶胀大小，溶胀率越小说明相容性越好；24h固化深度：按照《GB/T 32369-2015密封胶固化程度的测定》。

2 结果与讨论

2.1 预聚物对密封胶性能的影响

MS预聚物是硅烷改性聚醚密封胶的主体黏料，不同品种的M S预聚物研制出M S胶产品内聚强度及粘接效果具有明显差异[2]。试验采用A（黏度为5s/10g）、B（黏度为6s/10g）、C（黏度为8s/10g）等3种不同黏度的M S预聚物主料制胶，所制M S密封胶的粘接性能数据如表1所示。

表1 预聚物黏度对密封胶性能的影响Table 1 The influence of prepolymer’s viscosity on the performance of sealants

从表1数据可以看出，随着M S预聚物主料黏度的增大，所制M S密封胶断裂伸长率逐渐增加，拉伸强度、粘接破坏逐渐降低。这主要是因为预聚物黏度大小与其结构质量分子密切相关，黏度最小的A预聚物质量分子少，在参与交联反应后交联密度大，拉伸粘接性能突出，但伸长韧性不佳、断裂伸长率最差[3]；以黏度最大的C预聚物制胶，所制密封胶弹性、断裂伸长率最佳，但胶液黏度过大影响粘接界面湿润效果，样品拉伸粘接强度及粘接破坏性能显著下降。同时还可看到，B预聚物所制密封胶样品断裂伸长率与拉伸强度性能良好，其粘接破坏形式是l00%内聚，断裂伸长率670%，是装配式硅烷改性聚醚密封胶最适当主体黏料。

2.2 碳酸钙品种对密封胶性能的影响

MS胶体系中添加填料可以达到良好的增硬、补强效果，迅速地降低密封胶生产成本。目前胶粘剂市场上常用的填料品种很多，碳酸钙粉、白炭黑、有机蒙脱土、二氧化硅等均可以作为填料进行填充[4]。试验考虑到填料成本与市场供应问题，优选各品种碳酸钙作为密封胶填料进行考察，检测结果如表2所示。

从表2数据可以看出，不同品种的碳酸钙填料单独或混合使用，所起到的补强效果具有明显的差异，其中K S-80与K S-100复配使用补强效果最好，KS-80单独使用效果次之，而重钙G-120单独使用制胶弹性及力学性能均不达标，基本没有补强意义。具体来讲，KS-80粒径最小，所制胶液粘接性能与弹性恢复率最佳，但其断裂伸长率有待提升；K S-100粒径大，所制胶液100%模量低、断裂伸长率好，但其弹性恢复率与拉伸强度相对较差。试验结合密封胶粘接效果好与高伸长率、高弹性恢复率等需求，建议采用KS-80与KS-100按照1∶1复配作为密封胶填料，所制M S胶100%模量低、拉伸强度1.08MPa、断裂伸长率942%、弹性恢复率84%，各项性能表现优异、基本可以达到装配式建筑密封胶密封与防水的需求。

表2 碳酸钙品种对密封胶性能的影响Table 2 The influence of calcium carbonate’s varieties on the performance of sealants

2.3 增塑剂对密封胶性能的影响

增塑剂是橡胶、塑料或树脂等弹性体工业产品常用的一种物质，通过添加该物质可以显著地改善其可塑性、加工性、伸长率等弹性性能[5]。MS密封胶中常见的增塑剂有DIN P、DID P、T-50以及聚醚多元醇等。试验过程中逐一分析了各种类增塑剂对M S胶力学性能、粘结效果以及相容性的影响，试验结果详见表3。

表3 增塑剂对密封胶性能的影响Table 3 The influence of plasticizer on the performance of sealants

从表3数据可以看出，采用DINP、DIDP、T-50等三类增塑剂所制的密封胶，其拉伸强度、断裂伸长率等力学性能基本相近，粘接破坏形式都是内聚破坏，相容性也远低于聚醚多元醇类增塑剂，不宜作为装配式M S密封胶增塑剂原料。同时还可以看出，聚醚三元醇增塑剂研制的密封胶，在力学性能、粘接效果以及相容性方面明显高于聚醚二醇类增塑剂，这主要是因为聚醚三元醇具有更多的活性羟基，延长了预聚物的主链、断裂伸长率增强，在粘接性能与力学性能方面表现优异[6]。综合试验数据考虑，本试验建议采用聚醚三元醇作为装配式M S密封胶增塑剂为宜。

2.4 偶联剂对MS胶性能的影响

偶联剂作为密封胶配方体系中关键组成部分，它在基胶与填料两种原料之间起着桥梁作用，达到提升密封胶界面粘接性能、改善胶液表面性质目的，扩宽了密封胶粘结适用范围[7]。目前市面上常见的偶联剂种类有钛酸酯类、硅烷类、铝酸酯类等,本文选用了LT-550、LT-560以及LT-792共3种偶联剂制胶，考察偶联剂种类对M S胶性能的影响，结果见表4。

表4 偶联剂种类对密封胶性能的影响Table 4 The influence of coupling agent types on the performance of sealants

从表4数据可以看出，以上3种硅烷偶联剂所制密封胶拉伸强度差异不大，但以LT-560为偶联剂的密封胶100%模量最低、断裂伸长率最高。LT-550为氨基类硅烷偶联剂，在密封胶硫化过程中引发了催化剂反应速率，有效地提高了胶液固化交联密度，24h固化深度理想，但拉伸强度、断裂伸长率等力学性能不足；LT-792为双氨基型硅烷偶联剂，粘接力学性能良好，100%模量低、固化深度好，而在断裂伸长率方面有些缺陷[8]；LT-560为环氧基硅烷偶联剂，在密封胶体系混合中消耗了少量催化剂溶剂，降低了密封胶胶液硫化速率与24h固化深度，但增大了密封胶分子链线性交联的比例，最终改善密封胶胶液的弹性恢复率，可获得低模量、高韧性的装配式密封胶。