外墙接缝用改性硅酮密封胶的制备与性能研究

胡铭珊 汤国芳

摘 要：针对外墙接缝用硅酮密封胶易受温度变化、紫外线辐射、水分侵蚀等多种环境因素及与其自身材料性能影响，导致老化程度加快的情况。选择二甲基硅油[（C2H6OSi） n]作为增塑剂，纳米CaCO 3作为补强填料，经过交联剂和偶联剂共同作用，在催化条件下，制备得到外墙接缝使用的硅酮密封胶样品。结果表明：硅酮密封胶样品经纳米CaCO 3改性后，纳米CaCO 3的皂化程度、硅酮密封胶的密封性和耐水性得到提高，密封胶的拉伸粘接强度随着养护时间的延长而逐渐增大，硅酮密封胶的老化过程逐渐变慢。

关键词： 装配式建筑；耐水性能；硅酮密封胶；老化过程；外墙接缝；纳米CaCO 3

中图分类号： TU557；TQ436+.6

文献标志码： A  文章编号： 1001-5922（2023）08-0001-03

Study on preparation and properties of modified silicone sealants for exterior wall joints of assembled buildings

HU Mingshan1，TANG Guofang2

（1.Jiuzhou Polytechnic，Xuzhou 221000，Jiangsu China;2.Jiangsu Chengyi Engineering Technology Research Institute Co.，Ltd.，Xuzhou 221000，Jiangsu China）

Abstract： Due to various environmental factors such as temperature changes，ultraviolet radiation，and water erosion，the silicone sealant used for exterior wall joints is affected by its own material properties，leading to an accelerated aging degree.For this reason，the modified silicone sealant for exterior wall joints of prefabricated building was prepared and its properties were studied.Dimethyl silicone oil （C 2H 6OSi） n was selected as the plasticizer，nano CaCO 3 was used as the reinforcing filler，and mixed with （C 2H 6OSi） n.Under catalytic conditions，a silicone sealant for exterior wall joints was prepared through the combined action of crosslinking and coupling agents.The results show that the prepared samples are modified with nano CaCO 3，which improves the saponification degree of nano CaCO 3，improves the sealing and water resistance of silicone sealant，extends the curing time，and improves the tensile bonding strength of the sealant.After modification with nano calcium carbonate，the aging process of silicone sealant gradually slows down.

Key words： assembled building;water resistance;silicone sealants;aging process;exterior wall joints;nano-calcium carbonate

硅酮密封胶和聚氨酯密封胶在建筑外墙接缝中的使用非常广泛[1]。硅酮密封胶在使用过程中虽然具有比较好的耐候性，但是仍然会导致建筑外墙出现裂缝，甚至会出现渗水和漏水问题[2-3]。因此，对硅酮密封胶实施改性是提高其密封性能的一个重要手段。

为解决以上问题，许多学者对密封材料领域已作出了相关研究，且取得了较好测试结果。根据有机硅（SR）、聚氨酯（PU）和改性有机硅（MS）材料质保密封胶试件。采用热失重分析、流动热力学分析以及体积扩张实验等手段，研究其在不同老化条件下的力学性质变化规律与作用机制[4]。将三聚氰胺磷酸酯（MPP）/二季戊四醇（DiPE）作为阻燃剂配体，采用白炭黑与改性硅灰石作为成型填料，研制出一种可用于温室成型的陶瓷化硅树脂密封材料。考察了阻燃剂对其烧蚀制得陶瓷材料的性质影响[5]。

基于以上研究，本试验通过制备改性的硅酮密封胶，测试其在应用中的性能，从而延长密封胶在使用过程中的寿命。

1 实验部分

1.1 實验材料与试剂

在硅酮密封胶的制备和性能测试过程中，选用的实验材料与试剂：氢氧化钠（纯度≥96.0%），济南卡地亚化工有限公司；乙烯基（甲基乙基酮肟）硅烷（VOS，纯度≥95.0%），湖北康迪斯化工有限公司；纳米CaCO痓，衢州明辉纳米科技有限公司；二甲基硅油（（C 2H 6OSi）n，黏度500 Pa·s），上海聚美康化工有限公司；NH 2（CH 2） 3Si（OC 2H 5） 3（纯度≥96.0%），南京坤成化工有限公司；C 13H 27N 3O 3Si（纯度≥95.0%），衢州波涛化工有限公司；C 9H 20O 5Si（纯度≥98.0%），吉林永生克生化科技有限公司；聚二甲基硅氧烷（20 000、80 000 Pa·s），成都嘉叶生物科技有限公司;硬脂酸（质量分数38%），上海脉铂医药科技有限公司；二丁基二月桂酸锡（18.0%），南通创海化工厂。

为了提高硅酮密封胶的性能，利用纳米CaCO 3对硅酮密封胶实施改性[6]，其性能指标如表1所示。

1.2 實验仪器设备

密封胶的制备与性能测试中，选取相关的仪器设备：WHTH-80恒温恒湿箱，东莞市正蓝精密仪器有限公司；A60试验型高剪切乳化机，上海依肯机械设备有限公司；TP-U5D电子式万能试验机，河北腾龙试验仪器有限公司；PM43高黏度流量计，广西兰溪德仪器有限公司；HDW-2KN电子式万能试验机，东莞市巨亚检测仪器设备有限公司；3H-2000PM高精度表面积分析仪，北京彼奥德电子技术有限公司；BQF5-5000L试验型强力分散机，广东同创重工机械股份有限公司；HNY-0S干燥箱，上海密寻仪器设备有限公司。

1.3 硅酮密封胶制备

选择二甲基硅油（C 2H 6OSi） n作为样品制备的增塑剂，纳米CaCO 3作为补强填料[7]，将其与（C 2H 6OSi） n共同放入试验型强力分散机，在压力为0.085～0.095 MPa的真空环境中搅拌3～6 h[8]，以获得基胶。将基胶冷却放置，当温度冷却到30～45 ℃时，分别将C 13H 27N 3O 3Si和VOS这2种交联剂依次添加到制备的基胶中，再添加水溶性3-氨丙基三乙氧基硅烷（NH 2（CH 2） 3Si（OC 2H 5） 3）和3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷（C 9H 2 0O 5Si）2种偶联剂，在催化剂的条件下，将所有试剂混合[9]，当真空环境到达0.085～0.095 MPa，搅拌0.5～1.5 h 后获得胶料[10]。将其送入压力机上，即可获得硅酮密封胶。将硅酮密封胶置于标准的环境中1 周[11]，然后制备出指定的样品，用来检测其性能。

1.4 测定与表征

在ASTM D 638M—1984的执行标准下，选择60 mm/min的拉伸速度，测试样品拉伸过程中的强度和断裂时的伸长率。

选择10 mm×10 mm×5 mm的混凝土基材和10 mm×5 mm的硅酮密封胶，在GB/T 1477—2002的执行标准下，测试样品粘接过程中的养护时间。

将试样放入万能试验机，在GB 16776—2005的执行标准下，测试样品的拉伸粘接性能。

2 结果分析

2.1 流动性能测试

根据纳米CaCO 3的皂化率与浆液的比表面积，测试硅酮密封胶的黏度和在10 s内成型的挤出量，结果如图1所示。

由图1可知，对于比表面积较低的纳米CaCO 3而言，胶液的挤出量更高，但黏度比较低。由此可知，通过提高化学反应的涂布效率及均匀性，可以有效地提高硅酮密封胶的密封性。

2.2 耐水性能测试

由于装配式建筑外墙接缝所处的环境条件比较苛刻，需要承受各种气候条件和水的侵蚀。因此，硅酮密封胶必须具有很好的耐水性能，才能够在长期的使用中保持良好的密封效果。将硅酮密封胶在24 ℃、50%湿度的标准环境下放置1周，得到试件。经过21 d的养护，浸泡在25 ℃的蒸馏水中1周，利用纳米CaCO 3的的皂化率与浆液的比表面积，测试硅酮密封胶的耐水性能，结果如表2所示。

由表4可知，当纳米CaCO 3的皂化程度在10%～20%时，改性之后的密封胶具有超过96%的强度保持率，说明皂化处理能够有效提高密封胶的耐水性。

2.3 养护时间与力学性能

对于装配式建筑外墙接缝用硅酮密封胶，固化的时间通常存在差异，将其划分为初固化、基本固化和完全固化。在不同的养护时间下，样品的力学性能也存在差异，当固化时间不同时，得到了样品在受拉状态下的粘结强度，结果如图2所示。

从图2可以看出，硅酮密封胶的拉伸粘接强度随着养护时间的延长而逐渐增大。在相同的养护时间下，利用纳米碳酸钙对硅酮密封胶改性之后，其拉伸粘接强度明显提高。

2.4 不同条件下的耐久性

在光照、浸水和热的条件下，接缝处的硅酮密封胶的老化速度较快，分别在标态、浸水条件以及光/水/热作用下，对样品的拉伸粘接强度测试，结果如图3所示。

从图3可以看出，无论是在浸水条件下，还是光照、浸水、加热的共同作用下，样品的拉伸粘接强度都比标准条件下要小；且无论在哪种条件下，经过改性的密封胶比不经过改性的密封胶的拉伸粘接强度都大。

3 结语

为了提升接缝用密封胶的使用寿命，提出了装配式建筑外墙接缝用改性硅酮密封胶的制备与性能研究。结果显示，利用纳米碳酸钙对密封胶改性之后，硅酮密封胶的各项性能都有所提高，可以减慢密封胶的老化过程。虽然此研究取得一定成果，但还存在很多需要改进的地方。

【参考文献】

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[10]  陈旺，刘龙江.阻燃型双组分聚氨酯密封胶的制备及性能研究[J].中国胶粘剂，2022，31（12）：43-47.

[11]  刘长健，刘洪丽，韩雪，等.埃洛石改性聚醚密封胶的制备及性能研究[J].化工新型材料，2021，49（03）：252255.