姚榮茂，陳炳耀,，全文高，吳健濤

（1.廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528325，2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429）

引 言

傳統(tǒng)的建筑施工方式以混凝土澆筑為主，這種方式存在操作成本高、施工養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量不好掌控等不足，嚴(yán)重地抑制了建筑現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。裝配式建筑是通過(guò)提前將建筑樓梯、門(mén)窗、墻面以及樓板等主體部分，首先在建筑廠房里澆筑成鋼筋混凝土模型，然后再運(yùn)輸?shù)浇ㄖさ氐跹b、組裝或拼接等方式完成的建筑施工。裝配式建筑施工方式只有操作工藝簡(jiǎn)單、施工維護(hù)周期短、低能耗少污染、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)代化建筑施工未來(lái)發(fā)展主流[1]。

裝配式建筑在拼裝過(guò)程中各構(gòu)件粘接、墻體防水、門(mén)窗密封等均需要大量密封膠，因其各構(gòu)件間獨(dú)立澆筑難免有一定縫隙，在建筑物經(jīng)受風(fēng)吹日曬自然老化中，接縫的間距位移頻繁、間隙會(huì)增大，這就對(duì)裝配式密封膠的粘接性能、彈性恢復(fù)率以及模量性能提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。試驗(yàn)優(yōu)選M S預(yù)聚物為主料，通過(guò)填料、增塑劑以及偶聯(lián)劑選型，以其制備出模量低、粘接強(qiáng)度大和優(yōu)異的彈性恢復(fù)率，有效的保障了裝配式建筑密封膠粘接、密封及防水等性能穩(wěn)定。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料

硅烷改性聚醚，日本Kaneka公司；鄰苯二甲酸二異壬酯（DIN P）、鄰苯二甲酸二異癸酯（DID P），上海源葉生物科技有限公司；聚醚二元醇、聚醚三元醇，陶氏化學(xué)（中國(guó)）有限公司；烷基磺酸苯酯（T-50），聊城義利化工有限公司；納米碳酸鈣（K S-80、K S-100），凱恩斯納米材料有限公司；重質(zhì)碳酸鈣（G-120）、廣西華納新材料科技有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（LT-550）、γ-（2.3-環(huán)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），湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司；二月桂酸二丁基錫，杭州硅寶化工有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

D H L-30L雙行星動(dòng)力混合機(jī)，山東龍興化工機(jī)械集團(tuán)有限公司；50S T電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，天氏歐森測(cè)試設(shè)備（上海）有限公司；標(biāo)準(zhǔn)型恒溫恒濕試驗(yàn)箱，艾德生儀器有限公司；PT-64S-3（H）高低溫（濕熱）試驗(yàn)箱，深圳市愛(ài)特爾電子科技有限公司；LRHS-NZY紫外光耐氣候試驗(yàn)箱，上海林頻儀器股份有限公司；壓流黏度計(jì)，瑞士Fitech AG公司。

1.3 M S膠的制備工藝

按照工藝量將硅烷改性聚醚、鄰苯二甲酸二癸酯、納米碳酸鈣、鈦白粉以及紫外吸收劑、光穩(wěn)定劑原料，加入到DHL-30L雙行星動(dòng)力混合機(jī)中，開(kāi)啟攪拌和分散開(kāi)關(guān)迅速升溫物料，待物料升溫至110℃后打開(kāi)真空繼續(xù)脫水2.5h。然后關(guān)閉設(shè)備攪拌和分散，等待釜內(nèi)物料自然冷卻至50℃以下，物料冷卻下來(lái)后填充氮?dú)獗Ｗo(hù)并逐一加入交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑以及催化劑等輔助助劑，最后在真空小于-0.085Pa的環(huán)境下繼續(xù)攪拌混合物料，待物料充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟪涞獨(dú)庑箟翰涯z液灌裝到鋁膜塑料袋中貯存待用。

1.4 性能測(cè)試

100%模量：密封膠拉伸到100%模量時(shí)，試片單位起始橫斷面積上所需的力，又稱(chēng)定伸強(qiáng)度或定伸應(yīng)力，一般分高、中、低三個(gè)模量；拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率：參照《GB/T528-2009硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》；粘接破壞形式：按照《GB/T13477.18-2017建筑密封材料試驗(yàn)方法第17部分:剝離粘結(jié)性的測(cè)定》；彈性恢復(fù)率：按照《G B/T 13477.17-2017建筑密封材料試驗(yàn)方法第17部分:彈性恢復(fù)率的測(cè)定》；相容性測(cè)試：將硫化固化后的膠條放入到增塑劑液體中浸泡15d，然后查看膠條的溶脹大小，溶脹率越小說(shuō)明相容性越好；24h固化深度：按照《GB/T 32369-2015密封膠固化程度的測(cè)定》。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)聚物對(duì)密封膠性能的影響

MS預(yù)聚物是硅烷改性聚醚密封膠的主體黏料，不同品種的M S預(yù)聚物研制出M S膠產(chǎn)品內(nèi)聚強(qiáng)度及粘接效果具有明顯差異[2]。試驗(yàn)采用A（黏度為5s/10g）、B（黏度為6s/10g）、C（黏度為8s/10g）等3種不同黏度的M S預(yù)聚物主料制膠，所制M S密封膠的粘接性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 預(yù)聚物黏度對(duì)密封膠性能的影響Table 1 The influence of prepolymer’s viscosity on the performance of sealants

從表1數(shù)據(jù)可以看出，隨著M S預(yù)聚物主料黏度的增大，所制M S密封膠斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增加，拉伸強(qiáng)度、粘接破壞逐漸降低。這主要是因?yàn)轭A(yù)聚物黏度大小與其結(jié)構(gòu)質(zhì)量分子密切相關(guān)，黏度最小的A預(yù)聚物質(zhì)量分子少，在參與交聯(lián)反應(yīng)后交聯(lián)密度大，拉伸粘接性能突出，但伸長(zhǎng)韌性不佳、斷裂伸長(zhǎng)率最差[3]；以黏度最大的C預(yù)聚物制膠，所制密封膠彈性、斷裂伸長(zhǎng)率最佳，但膠液黏度過(guò)大影響粘接界面濕潤(rùn)效果，樣品拉伸粘接強(qiáng)度及粘接破壞性能顯著下降。同時(shí)還可看到，B預(yù)聚物所制密封膠樣品斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸強(qiáng)度性能良好，其粘接破壞形式是l00%內(nèi)聚，斷裂伸長(zhǎng)率670%，是裝配式硅烷改性聚醚密封膠最適當(dāng)主體黏料。

2.2 碳酸鈣品種對(duì)密封膠性能的影響

MS膠體系中添加填料可以達(dá)到良好的增硬、補(bǔ)強(qiáng)效果，迅速地降低密封膠生產(chǎn)成本。目前膠粘劑市場(chǎng)上常用的填料品種很多，碳酸鈣粉、白炭黑、有機(jī)蒙脫土、二氧化硅等均可以作為填料進(jìn)行填充[4]。試驗(yàn)考慮到填料成本與市場(chǎng)供應(yīng)問(wèn)題，優(yōu)選各品種碳酸鈣作為密封膠填料進(jìn)行考察，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，不同品種的碳酸鈣填料單獨(dú)或混合使用，所起到的補(bǔ)強(qiáng)效果具有明顯的差異，其中K S-80與K S-100復(fù)配使用補(bǔ)強(qiáng)效果最好，KS-80單獨(dú)使用效果次之，而重鈣G-120單獨(dú)使用制膠彈性及力學(xué)性能均不達(dá)標(biāo)，基本沒(méi)有補(bǔ)強(qiáng)意義。具體來(lái)講，KS-80粒徑最小，所制膠液粘接性能與彈性恢復(fù)率最佳，但其斷裂伸長(zhǎng)率有待提升；K S-100粒徑大，所制膠液100%模量低、斷裂伸長(zhǎng)率好，但其彈性恢復(fù)率與拉伸強(qiáng)度相對(duì)較差。試驗(yàn)結(jié)合密封膠粘接效果好與高伸長(zhǎng)率、高彈性恢復(fù)率等需求，建議采用KS-80與KS-100按照1∶1復(fù)配作為密封膠填料，所制M S膠100%模量低、拉伸強(qiáng)度1.08MPa、斷裂伸長(zhǎng)率942%、彈性恢復(fù)率84%，各項(xiàng)性能表現(xiàn)優(yōu)異、基本可以達(dá)到裝配式建筑密封膠密封與防水的需求。

表2 碳酸鈣品種對(duì)密封膠性能的影響Table 2 The influence of calcium carbonate’s varieties on the performance of sealants

2.3 增塑劑對(duì)密封膠性能的影響

增塑劑是橡膠、塑料或樹(shù)脂等彈性體工業(yè)產(chǎn)品常用的一種物質(zhì)，通過(guò)添加該物質(zhì)可以顯著地改善其可塑性、加工性、伸長(zhǎng)率等彈性性能[5]。MS密封膠中常見(jiàn)的增塑劑有DIN P、DID P、T-50以及聚醚多元醇等。試驗(yàn)過(guò)程中逐一分析了各種類(lèi)增塑劑對(duì)M S膠力學(xué)性能、粘結(jié)效果以及相容性的影響，試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 增塑劑對(duì)密封膠性能的影響Table 3 The influence of plasticizer on the performance of sealants

從表3數(shù)據(jù)可以看出，采用DINP、DIDP、T-50等三類(lèi)增塑劑所制的密封膠，其拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能基本相近，粘接破壞形式都是內(nèi)聚破壞，相容性也遠(yuǎn)低于聚醚多元醇類(lèi)增塑劑，不宜作為裝配式M S密封膠增塑劑原料。同時(shí)還可以看出，聚醚三元醇增塑劑研制的密封膠，在力學(xué)性能、粘接效果以及相容性方面明顯高于聚醚二醇類(lèi)增塑劑，這主要是因?yàn)榫勖讶季哂懈嗟幕钚粤u基，延長(zhǎng)了預(yù)聚物的主鏈、斷裂伸長(zhǎng)率增強(qiáng)，在粘接性能與力學(xué)性能方面表現(xiàn)優(yōu)異[6]。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)考慮，本試驗(yàn)建議采用聚醚三元醇作為裝配式M S密封膠增塑劑為宜。

2.4 偶聯(lián)劑對(duì)MS膠性能的影響

偶聯(lián)劑作為密封膠配方體系中關(guān)鍵組成部分，它在基膠與填料兩種原料之間起著橋梁作用，達(dá)到提升密封膠界面粘接性能、改善膠液表面性質(zhì)目的，擴(kuò)寬了密封膠粘結(jié)適用范圍[7]。目前市面上常見(jiàn)的偶聯(lián)劑種類(lèi)有鈦酸酯類(lèi)、硅烷類(lèi)、鋁酸酯類(lèi)等,本文選用了LT-550、LT-560以及LT-792共3種偶聯(lián)劑制膠，考察偶聯(lián)劑種類(lèi)對(duì)M S膠性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 偶聯(lián)劑種類(lèi)對(duì)密封膠性能的影響Table 4 The influence of coupling agent types on the performance of sealants

從表4數(shù)據(jù)可以看出，以上3種硅烷偶聯(lián)劑所制密封膠拉伸強(qiáng)度差異不大，但以LT-560為偶聯(lián)劑的密封膠100%模量最低、斷裂伸長(zhǎng)率最高。LT-550為氨基類(lèi)硅烷偶聯(lián)劑，在密封膠硫化過(guò)程中引發(fā)了催化劑反應(yīng)速率，有效地提高了膠液固化交聯(lián)密度，24h固化深度理想，但拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能不足；LT-792為雙氨基型硅烷偶聯(lián)劑，粘接力學(xué)性能良好，100%模量低、固化深度好，而在斷裂伸長(zhǎng)率方面有些缺陷[8]；LT-560為環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑，在密封膠體系混合中消耗了少量催化劑溶劑，降低了密封膠膠液硫化速率與24h固化深度，但增大了密封膠分子鏈線性交聯(lián)的比例，最終改善密封膠膠液的彈性恢復(fù)率，可獲得低模量、高韌性的裝配式密封膠。

3 結(jié)論

1）硅烷改性聚醚（M S預(yù)聚物）黏度變化直接影響其分子大小，黏度越小的預(yù)聚物質(zhì)量分子越小，所制M S密封膠拉伸強(qiáng)度降低、膠液斷裂伸長(zhǎng)率增大。

2）不同品種填料對(duì)M S密封膠的粘接性能有較大的差異，粒徑越小碳酸鈣填料所研制的密封膠粘接強(qiáng)度和彈性恢復(fù)率越佳，但粒徑大的填料所制膠液100%模量低、斷裂伸長(zhǎng)率好，試驗(yàn)最終采用K S-80與K S-100按照1∶1復(fù)配作為密封膠填料。

3）聚醚多元醇是密封膠常用的一種增塑劑原料，通過(guò)加入到密封膠配方中改善硫化或彈性體的彈性、柔韌性以及加工性；聚醚三元醇有著大量的活性羥基，可以在參與烷氧基預(yù)聚物反應(yīng)中形成更長(zhǎng)的預(yù)聚物主鏈，彈性伸長(zhǎng)率與粘接效果等力學(xué)性能優(yōu)異。

4）環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑通過(guò)在密封膠固化過(guò)程中消耗部分催化劑，延緩了膠液固化速率與硫化深度，其提升了密封膠分子鏈線性交聯(lián)的比例，顯著提高了密封膠韌性，可制備高伸長(zhǎng)率、低模量的裝配式密封膠。