趙新勝

(江西應(yīng)用科技學(xué)院，江西 南昌 330100)

0 引 言

建筑外墻填縫密封膠直接影響建筑外墻的水密性、氣密性、隔聲性和抗風(fēng)壓性[1-2]，對建筑外墻密封起重要影響，是土木建筑外墻系統(tǒng)的重要組成部分[3]。聚氨酯密封膠和硅酮密封膠是目前普遍使用的外墻填縫密封膠[4]。雖然硅酮密封膠的耐候性較好，具有較高的使用性能，但其在應(yīng)用過程中有一定概率出現(xiàn)建筑外墻板縫開裂或漏水等問題[5-6]，且硅酮密封膠使用過程中硅油外滲污染建筑物，維修過程中外滲的硅油發(fā)揮脫模劑功能[7]，在一定程度上造成硅酮密封膠與建筑基材粘結(jié)的可靠性下降，對使用造成不利影響。基于此，研究改性硅酮密封膠(也稱為MS 密封膠)成為改善硅酮密封膠性能的重要途徑[8]。

目前，很多學(xué)者對改性硅酮密封膠進(jìn)行了研究，并取得了一定研究成果。馬杰和付云芝[9]研究了鋅粉改性硅酮密封膠吸水性及抗水滲透性，以107 膠為基礎(chǔ)，制備了含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鋅粉的硅酮密封膠，并分析密封膠的吸水性、抗水滲透性以及鋅粉在膠中的化學(xué)變化，以鋅粉提高改性硅酮密封膠的性能。羅志等[10]研究了二氧化鈦改性硅酮建筑密封膠，利用水性苯丙乳液作為基料，氣相白炭黑作為填料制備抗菌防污型硅酮建筑密封膠，密封膠的性能有一定改善。王嬌玉等[11]研究了水性納米硅改性苯丙硅酮建筑密封膠，以水性苯丙乳液為原料，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，加入納米硅進(jìn)行接枝共聚，再與其它物質(zhì)進(jìn)行物理共混制成了環(huán)保型水性納米硅改性HY-308 硅酮建筑密封膠，經(jīng)測試具備一定的環(huán)保性能。

盡管以上學(xué)者都對改性硅酮密封膠進(jìn)行了研究，但目前研究的改性硅酮密封膠存在性能較低、無法在建筑外墻填縫中得到更有效的利用等問題。本文利用硅氧烷改性聚醚S810(MS 預(yù)聚體)作為主要原料，使用增塑劑、觸變劑、氣相二氧化硅等原料制備主劑；再混合制備固化劑，按比例將主劑與固化劑進(jìn)行混合并添加適量色漿，制成改性硅酮密封膠，通過實(shí)驗(yàn)測試了制備的建筑外墻填縫改性硅酮密封膠的應(yīng)用性能，其具有一定的應(yīng)用前景。

1 試 驗(yàn)

1.1 主要原材料與儀器設(shè)備

1.1.1 原材料

硅氧烷改性聚醚S810(MS 預(yù)聚體)：工業(yè)級，南通辰潤化工有限公司；增塑劑：二丙二醇二苯甲酸酯(DPGDB)，工業(yè)級，廣州遠(yuǎn)達(dá)新材料有限公司；氣相二氧化硅：HDKV15A，工業(yè)級，無錫金鼎隆華化工有限公司；填料：活性碳酸鈣(2TJI)、重質(zhì)碳酸鈣(1250 目)，工業(yè)級，陽山縣源豐粉體材料有限公司；觸變劑：聚酰胺類化合物(聚酰胺蠟)，工業(yè)級，杭州和盟化工有限公司；抗氧劑：2，6-三級丁基-4-甲基苯酚，工業(yè)級，攀花化學(xué)(上海)有限公司；光穩(wěn)定劑：2-(2'-羥基–3'，5'-二叔丁基苯基)苯并三唑，工業(yè)級，常州新策高分子材料有限公司；催化劑：RHCY，工業(yè)級，山東銳海環(huán)境科技有限公司；月桂氨：工業(yè)級，南通永樂化工有限公司。

1.1.2 儀器設(shè)備

雙行星動力混合機(jī)：10L，ROSS，南昌海源機(jī)床有限公司；電動攪拌器：200 W，上海力辰儀器；溫度控制器：0～200 ℃，精度0.1 ℃，安科瑞電氣股份有限公司；天平：稱量范圍5 kg，精度0.1 g，紹興景邁儀器有限公司；黏度計(jì)：博勒飛錐板黏度計(jì)。

1.2 膠樣制備

(1)主劑制備：按照m(MS 預(yù)聚體)∶m(活性碳酸鈣)∶m(增塑劑)∶m(重質(zhì)碳酸鈣)∶m(觸變劑)∶m(氣相二氧化硅)∶m(光穩(wěn)定劑)∶m(抗氧劑)=30∶29∶20∶15∶2∶2∶1∶1 的比例加入反應(yīng)釜內(nèi)。利用雙行星動力混合機(jī)攪拌混合物，攪拌時(shí)間約60 min，攪拌至混合物均勻后再高速分散。出樣檢測觸變性，檢測結(jié)果合格后進(jìn)行包裝。

(2)固化劑制備：按照m(增塑劑)∶m(催化劑)∶m(月桂氨混合)=75∶20∶5 的比例混合在四口瓶內(nèi)，在室溫下利用雙行星動力混合機(jī)對混合物進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間約30 min，出樣包裝。

按照m(主劑)∶m(固化劑)=10∶1 的比例進(jìn)行混合，同時(shí)添加適量色漿，混合均勻后制成建筑外墻填縫改性硅酮密封膠。

1.3 性能測試

剝離粘結(jié)性：采用深圳縱橫科技有限公司產(chǎn)GMT4304 型萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)GB 16776—2010《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》進(jìn)行測試。

拉伸粘結(jié)性：依據(jù)GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第8 部分：拉伸粘結(jié)性的測定》進(jìn)行測試。

浸水后拉伸粘結(jié)性能：依據(jù)GB/T 13477.9—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第9 部分：浸水后拉伸粘結(jié)性的測定》進(jìn)行測試。

水-紫外線輻照后定伸性能：采用鄭州惠冕材料科技有限公司產(chǎn)SZW-3 型水-紫外線輻照控制儀，依據(jù)JG/T 485—2007《建筑窗用彈性密封膠》進(jìn)行測試。

硬度：采用上海市六菱儀器廠產(chǎn)LX—A 型橡膠硬度計(jì)，依據(jù)GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法 第一部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)》進(jìn)行測試。

擠出性：采用上海泊睿科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)BR-Cell-APT硅膠擠出性試驗(yàn)裝置，依據(jù)GB/T 13477.3—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第3 部分：使用標(biāo)準(zhǔn)器具測定密封材料擠出性的方法》進(jìn)行測試。

表干時(shí)間：依據(jù)GB/T 13477.5—2017《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第5 部分：表干時(shí)間的測定》進(jìn)行測試。

下垂度：采用選取萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)GB/T 13477.6—2002《建筑密封材料試驗(yàn)方法 第6 部分：流動性的測定》進(jìn)行測試。

斷裂伸長率與拉伸強(qiáng)度：采用萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)GB/T 13477.8—2017 進(jìn)行測試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 改性硅酮密封膠的表觀性能(見表1)

由表1 可見，制備的改性硅酮密封膠的外觀滿足防水、密封、防泄漏、隔熱等要求，消黏性能與觸變性能均較好，膠體擠出性較高，在實(shí)際應(yīng)用過程中手感較輕，具有較好的施工操作性能。同時(shí)，改性硅酮密封膠的拉伸強(qiáng)度為1.4 MPa、斷裂伸長率為571%、硬度為32，表明其模量相對較低，并具備高位移能力。改性硅酮密封膠撕裂強(qiáng)度達(dá)到9.4 N/mm，說明密封膠在實(shí)際應(yīng)用過程中受外界環(huán)境因素影響出現(xiàn)局部撕裂后，撕裂區(qū)域裂口不易擴(kuò)大，具有良好的施工性能。

表1 改性密封膠的各項(xiàng)表觀性能測試結(jié)果

2.2 MS 預(yù)聚體用量對改性硅酮密封膠性能的影響

MS 預(yù)聚體是改性硅酮密封膠制備的主要原料，其用量會對改性硅酮密封膠的性能產(chǎn)生決定性的影響。本文分析MS 預(yù)聚體用量對改性密封膠性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 MS 預(yù)聚體用量對改性密封膠性能的影響

由表2 可見，MS 預(yù)聚體用量對改性硅酮密封膠的拉伸強(qiáng)度、模量以及斷裂伸長率、黏度比等存在決定性影響。隨MS 預(yù)聚體用量的增加，改性硅酮密封膠的力學(xué)性能也逐漸提高，同時(shí)改性硅酮密封膠的黏度也有所增大。在MS 預(yù)聚體用量低于20%和高于30%的條件下，所制備的改性硅酮密封膠在施工過程中容易出現(xiàn)流掛拉絲現(xiàn)象和黏度過大施工困難現(xiàn)象。為此，在整體考慮改性硅酮密封膠的性能與生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，MS 預(yù)聚體用量需要控制在30%左右，以此達(dá)到更好的施工效果。

2.3 觸變劑類型對改性硅酮密封膠性能的影響

聚酰胺類化合物(聚酰胺蠟)是密封膠制備過程中普遍使用的觸變劑，是由二元酸和二元胺通過縮聚反應(yīng)而制成的低分子量蠟，再通過低溫活化制作得到的漿體，其含有豐富的羥基和酰胺基，能形成較強(qiáng)的氫鍵和網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，從而提高密封膠黏度，在密封膠制備過程中具有十分重要的作用。在目前的聚酰胺類化合物中，進(jìn)口SLX 與國產(chǎn)D680 比較典型，兩者對改性硅酮密封膠性能的影響如圖1 所示。

圖1 觸變劑種類對改性硅酮密封膠性能的影響

從圖1 可見，采用進(jìn)口SLX 和國產(chǎn)D680 制備的改性硅酮密封膠力學(xué)性能差異較小，且施工過程中的應(yīng)用性能差異也較小，因此，考慮到改性硅酮密封膠制備成本問題，選取國產(chǎn)D680 作為實(shí)驗(yàn)觸變劑。

2.4 改性硅酮密封膠的耐老化性能

由于研究的改性硅酮密封膠主要應(yīng)用于建筑外墻填縫，因此研究改性硅酮密封膠對不同基材的拉伸粘結(jié)性具有重要意義。對比制備的改性硅酮密封膠與市售的聚氨酯密封膠、硅酮密封膠在不同老化處理(室溫下處理和水-紫外處理)條件下對不同基材的拉伸粘結(jié)性，結(jié)果見表3。

表3 不同密封膠老化后對基材的拉伸粘結(jié)性

由表3 可見：

(1)在室溫老化處理的條件下，改性硅酮密封膠和市售的硅酮密封膠應(yīng)用在以水泥塊為主的建筑外墻填縫時(shí)，拉伸強(qiáng)度分別為0.55、0.59 MPa，而聚氨酯密封膠的拉伸強(qiáng)度為0.54 MPa；改性硅酮密封膠和硅酮密封膠的破壞形式均為內(nèi)聚破壞，而聚氨酯密封膠的破壞形式為界面破壞。

(2)水-紫外老化處理的條件下，改性硅酮密封膠和硅酮密封膠的破壞形式依舊為內(nèi)聚破壞，且2 種密封膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂拉長率與破壞形式與室溫老化條件下相比均未出現(xiàn)顯著波動，說明制備的改性硅酮密封膠和市售硅酮密封膠耐久性較好。而聚氨酯密封膠在經(jīng)水-紫外老化處理后的拉伸強(qiáng)度、斷裂拉長率與破壞形式與室溫老化條件下相比，差異性更為顯著。

(3)聚氨酯密封膠在老化后性能顯著下降，伸長率大幅降低、模量大幅提升，說明聚氨酯密封膠彈性降低，界面完全破壞，無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需求，說明聚氨酯密封膠的耐候性較差，不適合長期使用。

綜合可知，制備的改性硅酮密封膠耐候性較高，更適合應(yīng)用于建筑外墻填縫中。

2.5 不同填料比對改性硅酮密封膠表干時(shí)間和固化時(shí)間的影響(見圖2)

圖2 填料比對改性硅酮密封膠表干時(shí)間和固化時(shí)間的影響

從圖2 可以看出：

(1)隨著填料比的增大，制備的改性硅酮密封膠表干時(shí)間持續(xù)縮短，在填料比達(dá)到28%時(shí)，表干時(shí)間僅約為1.5 h。

(2)隨著填料比的增大，改性硅酮密封膠的固化時(shí)間持續(xù)延長，但幅度并不顯著。

綜合表干時(shí)間與固化時(shí)間可得，制備的改性硅酮密封膠中填料比設(shè)定為29%時(shí)符合實(shí)際應(yīng)用需求。

3 結(jié) 論

為提高建筑外墻的水密性、氣密性、隔聲性和抗風(fēng)壓性，研究了建筑外墻填縫改性硅酮密封膠的應(yīng)用，以硅氧烷改性聚醚S810 為主要原料，結(jié)合其他原料制備改性硅酮密封膠。制備的改性硅酮密封膠性能顯著提高，消黏性能與觸變性能均較好、擠出性較高，模量相對較低，并具備高位移能力，符合實(shí)際建筑外墻填縫應(yīng)用需求，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。