阻燃型雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的研制

張榮榮，張燕紅，楊秀麗，張志新，張敬偉

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

阻燃型雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的研制

張榮榮，張燕紅，楊秀麗，張志新，張敬偉

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

以端羥基聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠）為基膠，甲基硅油為增塑劑，膨脹型阻燃劑為阻燃添加劑，納米碳酸鈣為補(bǔ)強(qiáng)填料，采用有機(jī)錫催化體系，制備成雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠。研究了物理力學(xué)性能及107硅橡膠的黏度、納米碳酸鈣的用量以及阻燃劑的用量對密封膠性能的影響。結(jié)果表明，其物理力學(xué)性能滿足GB16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》要求，阻燃性能達(dá)FV-0級(jí)，屬于環(huán)保型產(chǎn)品。

阻燃；硅酮結(jié)構(gòu)密封膠；環(huán)保

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠作為室溫硫化（RTV）硅橡膠，無須加熱、光照或其他特殊條件，在室溫下與空氣中的濕氣接觸即可硫化成彈性體，使用方便。同時(shí)，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠由于具有優(yōu)異的耐高低溫性，良好的耐水性，卓越的耐候性，對各種基材（如玻璃、鋁、水泥等）具有良好的粘接性，抗位移能力強(qiáng)等特點(diǎn)而成為玻璃幕墻結(jié)構(gòu)粘接密封的理想材料。近年來由于人們的安全和環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，對玻璃幕墻的防火性要求越來越高，因此，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的阻燃性、環(huán)保性也越來越受到重視。

本研究采用無鹵膨脹型阻燃劑為阻燃添加劑，納米碳酸鈣為補(bǔ)強(qiáng)填料，二月桂酸二丁基錫為催化劑，聚甲基三乙氧基硅烷為交聯(lián)劑，γ–氨丙基三乙氧基硅烷為偶聯(lián)劑制備出具有阻燃性和環(huán)保性的雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

羥基封端聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠，10 000～80 000 mPa·s），江西星火有機(jī)硅廠；甲基硅油（350 mPa·s），道康寧公司；交聯(lián)劑：聚甲基三乙氧基硅烷，湖北藍(lán)天化工有限公司；偶聯(lián)劑：γ–氨丙基三乙氧基硅烷，南京能德化工有限公司；二月桂酸二丁基錫，南京能德化工有限公司；納米碳酸鈣，常州碳酸鈣有限公司；無鹵膨脹型阻燃劑，東莞市道爾化工有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

雙行星動(dòng)力混合實(shí)驗(yàn)機(jī)，佛山金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳市新三思材料檢測有限公司；水平垂直燃燒試驗(yàn)箱，上海久戈機(jī)電科技有限公司。

1.3 阻燃型雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的制備

將107硅橡膠、甲基硅油、碳酸鈣、阻燃劑放入雙行星攪拌機(jī)中，抽真空攪拌1 h，混合均勻后出釜制得A組分。將6份交聯(lián)劑、3份偶聯(lián)劑、0.1份催化劑、10份硅油、3份碳黑按一定比例加入雙行星攪拌釜中，抽真空攪拌1 h，混合均勻后出釜制得B組分。其中，A、B組分的混合質(zhì)量比為12∶1。

1.4 性能測試

拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率按GB/T 528—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》測定；力學(xué)性能按GB 16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》進(jìn)行測試；阻燃性能按GB/T 2408—2008《塑料燃燒性能的測定水平法和垂直法》中的垂直法測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 107硅橡膠黏度對密封膠性能的影響

選擇不同黏度的107硅橡膠制成密封膠，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，隨著107膠黏度的增加，密封膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都在增加。這是因?yàn)轲ざ仍黾樱?07膠的分子鏈變長，端羥基減少，交聯(lián)點(diǎn)減少，交聯(lián)密度降低，其所受應(yīng)力可以更好地通過交聯(lián)點(diǎn)分散到周圍的分子鏈上。但是，隨著107膠黏度的增大，其流動(dòng)性將受到限制，進(jìn)而影響密封膠的工藝性能。綜合考慮，選用黏度為50 000 mPa·s的107膠制成的密封膠性能較好。

表1 107膠黏度對密封膠性能的影響Tab.1 Influence of viscosity of 107 silicone rubber on sealant performance

2.2 納米碳酸鈣用量對密封膠性能的影響

在100份 黏 度 為50 000 mPa·s的107膠中，加入50份的甲基硅油和不同量的納米碳酸鈣制成密封膠，對密封膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率進(jìn)行測試，結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 納米碳酸鈣用量對密封膠拉伸強(qiáng)度的影響Fig.1 Influence of nano-calcium carbonate amount on tensile strength of sealant

圖2 納米碳酸鈣用量對密封膠斷裂伸長率的影響Fig 2 Influence of nano-calcium carbonate amount on elongation at break of sealant

由圖1和圖2可知，納米碳酸鈣用量由20份增加到120份，密封膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率增加緩慢，當(dāng)用量由120份增加到140份時(shí)密封膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都有顯著增加，當(dāng)用量達(dá)到160份時(shí)，拉伸強(qiáng)度與140份時(shí)的相當(dāng)，斷裂伸長率與140份時(shí)的相比明顯下降。

這是由于用納米碳酸鈣作填料制成的密封膠其分散程度與密封膠的黏度大小密切相關(guān)。當(dāng)納米碳酸鈣用量較低時(shí)，密封膠的黏度略有增加，膠中有較大尺寸的團(tuán)聚體，粒子分散不均勻，與基體作用界面較小，使得力學(xué)性能提高不大；隨著納米碳酸鈣用量的增加，當(dāng)增加至一定量時(shí)，填充膠料的黏度陡然增加，而黏度的大幅度增加使得在密封膠加工過程中的剪切力作用下，納米碳酸鈣的團(tuán)聚體得以破碎，以較小的尺度分散在基體中，與膠料分子的作用點(diǎn)增加，即界面間相互作用增加，從而使密封膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都有明顯的增加；納米碳酸鈣用量繼續(xù)增加，此時(shí)納米碳酸鈣的團(tuán)聚現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重，而密封膠加工過程中的剪切力以不足以使團(tuán)聚體完全破碎，與基體界面間的相互作用受到影響，進(jìn)而影響密封膠的力學(xué)性能[1]。

2.3 膨脹型阻燃劑用量對密封膠性能的影響

膨脹型阻燃劑用量對密封膠性能的影響如表2所示。由表2可以看出，未添加阻燃劑的密封膠完全燃燒；添加40份阻燃劑的密封膠垂直燃燒等級(jí)為FV-1級(jí)，具有一定的自熄能力；添加60份阻燃劑的密封膠垂直燃燒等級(jí)為FV-0級(jí)，具有優(yōu)異的阻燃性能。膨脹型阻燃劑是一類環(huán)保型阻燃劑，它以磷、氮為主要活性組分，不含鹵素，無需與氧化銻配合使用即能獲得良好的阻燃效果。這類阻燃劑添加到密封膠中，密封膠在受熱時(shí)，表面能生成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層，起到隔熱、隔氧、抑煙、防滴等作用，具有優(yōu)良的阻燃性能，且低煙、低毒、無腐蝕性氣體產(chǎn)生，符合環(huán)保要求[2，3]。

2.4 性能指標(biāo)

從阻燃劑用量對密封膠性能的影響可以看出，以100份黏度為50 000 mPa·s的107硅橡膠為基膠，50份甲基硅油為增塑劑，140份納米碳酸鈣為補(bǔ)強(qiáng)填料和60份膨脹型阻燃劑為阻燃添加劑，制備的阻燃型雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠最為合適。該配方產(chǎn)品具有優(yōu)異的阻燃性能和良好的物理力學(xué)性能，能夠滿足GB 16776—2005的技術(shù)指標(biāo)，測試數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 阻燃劑用量對密封膠阻燃性能的影響Tab.2 Influence of intumescent flame retardant amount on sealant performance

表3 阻燃型雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的物理力學(xué)性能Tab.3 Physical mechanical properties of flame-retarded two-component structural silicone sealant

3 結(jié)論

1）107硅橡膠的黏度和密封膠的拉伸性能密切相關(guān)，當(dāng)107硅橡膠的黏度增加時(shí)，密封膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都增加；

2）密封膠的拉伸強(qiáng)度隨納米碳酸鈣用量的增加先增加后趨于穩(wěn)定，斷裂伸長率先增加后降低；

3）密封膠的阻燃性能隨著阻燃劑用量的增加而增加。當(dāng)阻燃劑用量為60份，密封膠的阻燃等級(jí)為FV-0級(jí)。

4）以 100份 黏 度 為 50 000 mPa· s的107硅橡膠為基膠，50份甲基硅油為增塑劑，140份納米碳酸鈣為補(bǔ)強(qiáng)填料和60份膨脹型阻燃劑為阻燃添加劑制備的密封膠具有優(yōu)異的阻燃性能和良好的物理力學(xué)性能，垂直燃燒等級(jí)為FV-0級(jí)并滿足GB 16776—2005的技術(shù)指標(biāo)要求。

[1]彭婭.納米碳酸鈣填充室溫硫化硅橡膠性能及其補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理的研究[D].成都:四川大學(xué),2004.

[2]歐育湘.阻燃劑性能制造及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006,235.

[3]Horrocksa R,Price D.Fire retardant materials[M].New York:CRC Press.2001,271.

Abstract：A two-component silicone sealant was prepares with hydroxyl terminated poly dimethylsiloxane (107 silicone rubber) as the base rubber, methyl silicone oil as the plasticizer, intumescent flame retardant as the flame retardant additive, nano calcium carbonate as the reinforcing filler, and using the organic tin catalytic system. The physical mechanical properties of the sealant and the effects of the 107 silicone rubber viscosity, nano-calcium carbonate amount and flame retardant amount on the sealant performance were studied. The results show that the physical mechanical properties of sealant can meet the requirements of GB16776-2005 “silicone sealant for construction”, and the flame resistance of sealant is FV-0 grade, and the sealant belongs to the environment friendly product.

Key words：flame retarding; structural silicon sealant; environment friendly

Preparation of flame-retarded two-component structural silicone sealant

ZHANG Rong-rong, ZHANG Yan-hong, YANG Xiu-li, ZHANG Zhi-xin, ZHANG Jing-wei
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450007, China)

TQ436+.6

A

1001-5922（2017）10-0059-04

2017-05-18

張榮榮（1985-），女，碩士，中級(jí)工程師。主要從事硅酮密封膠方面的研究。E-mail：missrrz123@163.com。