紀 楠， 張秀斌

(沈陽化工大學材料科學與工程學院，遼寧沈陽110142)

近年來，隨著房地產行業(yè)的快速發(fā)展，用于房屋門窗的中空玻璃得到了人們的青睞.中空玻璃具有優(yōu)良的隔音性能、防結露性能、良好的隔熱性能、抗老化性能以及透光度好等優(yōu)點，因此成為重要的節(jié)能建筑材料.中空玻璃密封膠是決定中空玻璃質量性能的主要因素，無論是傳統的槽鋁型還是新型復合膠條中空玻璃，其密封膠的選擇和使用都是最重要的一個環(huán)節(jié)［1］.本文研制的中空玻璃熱熔密封膠是100%固體的單組分密封膠，以丁基橡膠、聚異丁烯為基料經過混煉制備而成，專為密封中空玻璃工業(yè)而設計.

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

丁基橡膠(1751)，北京燕山石化公司;再生丁基橡膠，盤錦市黑馬膠業(yè)集團;聚異丁烯(B10黏均相對分子質量為40 000)，德國巴斯夫;萜烯樹脂(軟化點為100℃)，山西省化工研究所;輕質碳酸鈣，市售;沉淀法白炭黑，市售;聚乙烯(LDPE)，北京燕山石化公司.SK-160B型開放式塑煉機，上海輕工業(yè)機械股份有限公司;DHG-9070型鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司;VIC-1501型艾科勒電子天平，德國賽多斯集團;XHS型邵爾橡塑硬度計，上海精宏實驗設備有限公司.

1.2 性能檢測

1.2.1 冷流性與高溫流動性測試

稱20 g煉好的膠料，放入130℃的烘箱里加熱使其具有一定的柔軟性，制成圓球狀，待制樣溫度降至室溫后，放到干凈的玻璃片上，冷流性測試試樣放入80℃烘箱，高溫流動性測試試樣放入150℃烘箱，1 h后取出.測量密封膠制樣與玻璃片粘接圓的直徑5個，取平均值，記錄.

1.2.2 定溫硬度測試

根據國家標準GB/T2941進行熱熔膠的邵氏硬度(XHS)實驗.

1.2.3 剝離強度測試

將膠料放入130℃烘箱，待膠料變軟后，取適量膠料粘于長5 cm、寬1 cm的鋁條上，再將粘有膠料的鋁條放入150℃烘箱，30 min后取出，將其迅速粘到潔凈的玻璃片上，壓實，靜置24 h后用彈簧秤測量密封膠制樣的90°剝離強度.

剝離強度=拉力(N)/寬度(m)

1.2.4 水煮密封性能測試

稱取10 g煉好的膠料，放入130℃的烘箱里加熱使其具有一定的柔軟性，制成圓環(huán)狀放到2塊潔凈的玻璃片之間壓實，然后放入150℃烘箱中，5 min后取出，靜置24 h后，放入60℃的水浴鍋中煮2 h.取出，再放入－15℃下冰凍2 h.反復5次，每次水煮冰凍后觀察試樣是否漏氣漏水，開縫等.

2 實驗結果與討論

2.1 丁基橡膠用量對密封膠性能的影響

丁基橡膠是制備密封膠的主要原料，其使用量不僅對密封膠的性能影響很大，同時也決定密封膠的生產成本.因此對其用量的分析至關重要.丁基橡膠用量對密封膠性能的影響見圖1、圖2.從圖1可看出，密封膠的冷流性和高溫流動性都隨丁基橡膠用量的增大而減小.流動直徑減小意味著隨丁基橡膠使用量的增大，密封膠的體系黏度逐漸增大，室溫下冷流現象逐漸減弱.

圖1 丁基橡膠用量對密封膠冷流性與高溫流動性的影響Fig.1 The effect of the amount of butyl rubber on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

從圖2可看出，密封膠的硬度和剝離強度均隨丁基橡膠用量的增大而緩慢增大.膠體硬度較大不利于生產加工，在添加軟化劑量一定時，丁基橡膠的用量增大，會使膠體硬度增大，內聚強度增大，這與圖1冷流性能結果表達一致.丁基橡膠是一種線型高分子共聚物，分子鏈上僅含少量或不含不飽和鍵，分子排列緊密，使其具有優(yōu)良的密封性［2］.它的長鏈大分子結構使其對玻璃等多種材料具有良好的粘附力.丁基橡膠本身具有一定的粘附性，但粘附力達不到使用要求，剝離強度較小，可以添加增黏劑進行調節(jié).綜合考慮選擇丁基橡膠質量分數15.5%為最佳.

圖2 丁基橡膠用量對密封膠硬度與剝離強度的影響Fig.2 The effect of the amount of butyl rubber on hardness and peel strength of the sealant

2.2 萜烯樹脂用量對密封膠性能的影響

增黏劑用于改善密封膠的粘合強度和加工工藝性等，常從松香、萜烯樹脂等中選取，但是松香中的小分子組分揮發(fā)會產生煙霧，影響中空玻璃的采光性［3］，故選擇萜烯樹脂作為密封膠的增黏劑，研究其用量對膠體性能的影響.

從圖3可以看出，隨萜烯樹脂用量的增大密封膠的流動直徑逐漸增大，冷流現象與高溫流動性增強.這是由于萜烯樹脂增多，通過其分子對橡膠的滲透作用，可加速配合劑在膠料中的混合分散速度，通過萜烯分子對大分子的分割包圍與隔離作用，使分子間距離增大，密封膠變稀，容易出現冷流現象，隨著溫度升高，萜烯樹脂開始融化，高溫流動性增大.

從圖4可看出，隨萜烯樹脂填充量的增大密封膠的硬度與剝離強度增大.由于萜烯樹脂本身硬度大，且大量填充后容易從密封膠體系內遷移析出，使密封膠體系加速硬化，導致密封膠硬度增大.萜烯樹脂可改善密封膠對基材的潤濕性和初粘性，使粘結力提高.檢測時可看到密封膠的破壞類型由界面破壞轉變?yōu)閮染燮茐?隨著萜烯樹脂使用量的增大，密封膠粘結性提高，剝離強度增大，破壞類型由界面破壞轉變?yōu)閮染燮茐?

雖然密封膠的內聚強度隨萜烯樹脂使用量的增大而減小，但可通過加入填料進行調節(jié)體系的剛性，綜合考慮，選擇萜烯樹脂使用量為100份.

圖3 萜烯樹脂用量對密封膠冷流性與高溫流動性的影響Fig.3 The effect of the amount of terpene resin on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

圖4 萜烯樹脂用量對密封膠硬度與剝離強度的影響Fig.4 The effect of the amount of terpene resin on hardness and peel strength of the sealant

2.3 填料的選擇及用量影響

在密封膠中加入適當填料具有補強作用，并且可降低生產成本，常用的膠黏劑填料有輕質碳酸鈣、白炭黑等，但由于白炭黑不利于密封膠的水煮密封性，所以實驗選擇輕質碳酸鈣作為密封膠的填料，研究其用量對密封膠性能的影響.

從圖5可看出，隨碳酸鈣用量的增加，密封膠流動直徑減小，說明碳酸鈣可提高密封膠的體系黏度，抗冷流性增強，密封膠冷流現象減弱.

從圖6可看出，隨碳酸鈣的增加，密封膠體系硬度和剝離強度均呈現先增大后減小的趨勢，碳酸鈣雖然可以提高密封膠的內聚強度，降低成本，但是不能過多，否則會影響密封膠的粘結性，降低密封膠的剝離強度，不利于密封膠的制備.綜合考慮，選擇輕質碳酸鈣用量為100份.

圖5 輕質碳酸鈣用量對密封膠冷流性與高溫流動性的影響Fig.5 The effect of the amount of calcium carbonate on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

圖6 輕質碳酸鈣用量對密封膠硬度與剝離強度的影響Fig.6 The effect of the amount of calcium carbonate on hardness and peel strength of the sealant

2.4 聚異丁烯用量對密封膠性能的影響

密封膠加工過程中，一般需要加入一定量的軟化劑，這通常是一種能使膠具有一定柔軟性的低分子物質.它們不僅能增加膠料的可塑性、流動性、黏著性，便于加工成型等工藝操作，還有利于粉末狀配合劑分散［4］.本實驗采用的是中分子聚異丁烯，它本身具有一定的粘結性，所以既可作為增黏劑同時也可作為軟化劑.聚異丁烯用量對密封膠性能的影響如圖7、圖8所示.

圖7 聚異丁烯用量對密封膠冷流性與高溫流動性的影響Fig.7 The effect of the amount of polyisobutylene on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

圖8 聚異丁烯用量對密封膠硬度與剝離強度的影響Fig.8 The effect of the amount of polyisobutylene on hardness and peel strength of the sealant

從圖7可看出，隨聚異丁烯用量的增大密封膠流動直徑逐漸增大，冷流現象和高溫流動性增強.這是因為聚異丁烯作為增塑樹脂加入到橡膠中，在一定的溫度和力的作用下增大了橡膠分子間的距離，降低了分子間的作用力，增加了分子鏈的活性，使得密封膠的流動性增大.

從圖8可看出，隨聚異丁烯使用量的增大密封膠硬度逐漸減小，剝離強度先增大后減小.這說明聚異丁烯作為軟化劑，達到了對生膠軟化的效果.軟化作用主要來自于聚異丁烯對橡膠的“稀釋”作用，主要通過其分子對橡膠的溶脹和滲透作用，增大分子間距離，減小相互作用力［5］，硬度減小.少量聚異丁烯存在時，它以增加密封膠的粘結性為主，主要作為增黏劑，當聚異丁烯用量過多時，以軟化作用為主，使密封膠流變性變強，另外聚異丁烯過多時，容易向密封膠的粘結界面遷移，形成弱的粘結層，導致粘結強度降低.測試時觀察到聚異丁烯用量150份左右時，密封膠破壞類型由內聚破壞轉變?yōu)榻缑嫫茐?

聚異丁烯使用量增大使密封膠硬度減小的同時，必定會增大膠體的冷流性，綜合考慮選擇聚異丁烯用量為150份.

2.5 聚乙烯用量對密封膠性能的影響

聚乙烯用量對密封膠性能的影響如圖9、圖10所示.實驗結果表明，聚乙烯可提高密封膠體系的內聚強度，而對粘結強度影響不明顯.

圖9 聚乙烯用量對密封膠冷流性與高溫流動性的影響Fig.9 The effect of the amount of polyethylene on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

圖10 聚乙烯用量對密封膠硬度與剝離強度的影響Fig.10 The effect of the amount of polyethylene on hardness and peel strength of the sealant

從圖9可看出，隨聚乙烯用量的增大，密封膠的冷流性和高溫流動性逐漸減小.當聚乙烯填充量為125份時，密封膠的抗冷流性和高溫流動性均比較好，能夠滿足密封膠的性能.從圖10可看出，隨聚乙烯用量的增大，密封膠的硬度逐漸增大，剝離強度先增大后減小.聚乙烯在室溫條件下，結晶度高，能夠提高密封膠的硬度.當聚乙烯用量為125份左右時，密封膠破壞類型由內聚破壞轉變?yōu)榻缑嫫茐?綜合考慮，選擇聚乙烯填充量為125份最佳.

2.6 最佳配方性能測試

最佳配方性能測試結果見表1.

表1 密封膠最佳配方測試結果及與美國密封膠的比較Table 1 The performance test results of the best formulation of this experiment and the sealant of the US

3 結論

通過實驗研究中空玻璃密封膠中各組分的填充量對密封膠性能的影響，確定了最佳配方(以丁基橡膠用量為100份，其他各物質用量份數相對于100份丁基橡膠)為再生丁基橡膠75份，聚異丁烯150份，萜烯樹脂100份，輕質碳酸鈣100份，聚乙烯125份，丁基橡膠在密封膠中的質量分數為15.5%.該密封膠對環(huán)境的適應能力強，密封膠的粘結強度隨著試驗周期的延長而增大，能夠保證密封效果.

［1］ 郭慶時，劉丹丹，張利國.中空玻璃密封膠的研究進展［J］.化學建材，2005，21(1):46－49.

［2］ 《橡膠工業(yè)手冊》編寫小組.橡膠工業(yè)手冊:第一分冊生膠與骨架材料［M］.北京:石油化學工業(yè)出版社，1974:477－479.

［3］ 朱本瑋，鄺生魯.中空玻璃熱熔丁基密封膠的研究［J］.粘接，2006，27(4):18.

［4］ 鄧本誠，紀奎江.橡膠工藝原理［M］.北京:化學工業(yè)出版社，1984:153－154.

［5］ 張海，趙素合.橡膠及塑料加工工藝［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2001:2－139.