裝配式建筑用MS密封膠的制備及其老化性能研究

蔡海濤，趙 瑞，王翠花，趙勇剛

（湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄陽 441057）

裝配式建筑用MS密封膠的制備及其老化性能研究

蔡海濤，趙 瑞，王翠花，趙勇剛

（湖北回天新材料股份有限公司，湖北 襄陽 441057）

以硅烷改性聚醚（MS）預(yù)聚物為基料制備了一種裝配式建筑用低模量單組分MS密封膠。分別研究了不同分子結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物、不同納米碳酸鈣、紫外線老化、高溫高濕老化及低溫環(huán)境對MS密封膠的100%模量、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率及與混凝土粘接性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同分子結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物制備的產(chǎn)品100%模量相差較大，其中低模量MS膠對混凝土的粘接性能最優(yōu)；不同納米碳酸鈣對MS密封膠的耐水性能有較大的差異。MS密封膠對紫外線輻照具有較強(qiáng)的抵抗能力且至少可以承受14 d的高溫高濕老化，同時(shí)低溫粘接性能也較好。

裝配式建筑；MS密封膠；低模量

與傳統(tǒng)混凝土建筑相比, 裝配式建筑采用工廠預(yù)制部件，現(xiàn)場拼裝的方式建造，具有施工周期短、能耗低、污染少、施工安全等優(yōu)點(diǎn)[1]。裝配式建筑因其拼接方式導(dǎo)致外墻有更多的橫縱接縫需要使用密封膠防水，隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，對密封膠的性能提出了更高的要求。相比于硅膠對石材建筑物的污染、PU膠的耐候性差的特點(diǎn)，MS密封膠的主鏈因存在聚醚結(jié)構(gòu)單元和端硅烷結(jié)構(gòu)使得其固化后具有彈性好、粘接力強(qiáng)、耐候性佳、可涂漆和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[2]，被成功應(yīng)用于建筑工業(yè)化外墻防水及內(nèi)墻接縫密封。

隨著時(shí)間的推移混凝土接縫會因干燥收縮及白晝冷熱交替而發(fā)生伸縮振動，為了保證密封膠長期拉壓受力而不脫粘，本文以MS預(yù)聚物為基料，加入了納米碳酸鈣和增塑劑，再配合增粘助劑及催化劑獲得了一種低模量單組分MS密封膠。其具有較低的模量、較高的粘接強(qiáng)度和優(yōu)異的耐老化性能，為裝配式建筑防水密封提供了優(yōu)異的解決方案。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

MS預(yù)聚物，日本Kaneka公司；鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP），美國?？松梨诠?；紫外線吸收劑（Tinuvin326）、光穩(wěn)定劑（Tinuvin770DF），巴斯夫中國有限公司；納米碳酸鈣，廣西華納新材料科技有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷（WD-21），武大有機(jī)硅新材料股份有限公司；特殊硅烷偶聯(lián)劑，自制；MS白色漿、二月桂酸二丁基錫（DBTL），上海和氏璧化工有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

DHL-3型動混機(jī)，廣東金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；BT1-FR2.5TH.D14型萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，德國Zwick Roell公司；標(biāo)準(zhǔn)型恒溫恒濕試驗(yàn)箱，艾德生儀器有限公司；壓流黏度計(jì)，瑞士Fitech AG公司；A-UV紫外光耐氣候試驗(yàn)箱，北京奧博迪光電技術(shù)有限公司。

1.3 MS膠的制備工藝

將一定量的MS預(yù)聚物、DIDP、納米碳酸鈣、MS白色漿、Tinuvin326和Tinuvin770D F

加入到動混機(jī)中，攪拌0.5 h后抽真空攪拌并升溫至100 ℃脫水2 h。然后將釜內(nèi)溫度降至50 ℃以下，充入氮?dú)猓鸩郊尤胍蚁┗籽趸柰椋╓D-21）、硅烷偶聯(lián)劑和二月桂酸二丁基錫（DBTL）等助劑，抽真空條件下混合均勻；最后充氮?dú)饨獬婵罩脸?，迅速把物料壓?10 mL塑料包裝管中制得成品。

1.4 性能測試

初中音樂課堂教學(xué)普遍存在著課時(shí)缺乏的現(xiàn)象，一般在進(jìn)行相關(guān)教學(xué)的過程中，一周只有一節(jié)課程屬于音樂課程。且在很多時(shí)候的很多地方，學(xué)校整體形成的思維模式就是音樂課程是一門附屬課程，不屬于主課范疇。這種認(rèn)知也導(dǎo)致很多地方的音樂課程長時(shí)間被語文、數(shù)學(xué)、英語這類主要課程所霸占，導(dǎo)致學(xué)生對整體音樂課程的認(rèn)知停留在存在與不存在之間，這種情況普遍存在于全國各地學(xué)校的教學(xué)中。

（1）拉伸模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率：按照GB/T 13477—1992《建筑密封材料試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測定。

（2）浸水試驗(yàn)：按照J(rèn)C/T 881—2001《混凝土建筑接縫用密封膠》標(biāo)準(zhǔn)的附錄A試驗(yàn)方法測定。

（3）高溫高濕試驗(yàn)箱：將混凝土塊樣片置于70 ℃、95% RH中存放14 d或21 d，到期取出放至室溫測試其性能變化。

（4）壓流黏度：采用壓流黏度計(jì)進(jìn)行測定[使用孔徑為3.0 mm的不銹鋼噴嘴，氮?dú)馄考訅嚎刂圃?.5 MPa，用秒表測試擠出10 g膠所用時(shí)間（s/10 g）]。

表1 不同預(yù)聚物對粘接性能的影響Tab.1 Effect of different prepolymer on bonding performance

2 結(jié)果與討論

2.1 不同預(yù)聚物對常溫粘接性能的影響

預(yù)聚物是MS膠粘劑的主體成分，不同結(jié)構(gòu)預(yù)聚物制備的MS膠產(chǎn)品在力學(xué)性能及粘接性能有很大差異。采用3種不同的基礎(chǔ)聚合物得到3種密封膠MS1、MS2及MS3。其中MS2預(yù)聚物是二烷氧基封端聚醚，而MS1、MS3是三烷氧基封端聚醚，黏度的高低順序從低到高為MS1、MS2、MS3。其對混凝土的粘接性能如表1所示。

由表1可知，配方比例不變的情況下，隨著預(yù)聚物黏度的增加密封膠黏度變大，擠出率變差，斷裂伸長率增加。這主要是因?yàn)轲ざ容^大的預(yù)聚物分子質(zhì)量大，固化時(shí)交聯(lián)度低，聚合物柔韌性好，斷裂伸長率高。

2.2 不同納米碳酸鈣對浸水粘接性能的影響

本文研究了3種不同粒徑的表面改性納米碳酸鈣制備的低模量MS膠對混凝土粘接性能的影響以及耐水后粘接性能的衰減情況。如表2所示，在相同配方條件下分別使用A、B、C 3種納米碳酸鈣制備的產(chǎn)品在拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率方面差別很大，并且使用碳酸鈣C制備的產(chǎn)品強(qiáng)度高，膠體硬、伸長率低，導(dǎo)致其常溫粘接破壞就是界面破壞；碳酸鈣A制備的產(chǎn)品斷裂伸長率明顯較高，模量較低，顯然對混凝土的粘接性能會較好。耐水4 d后MSB在粘接性能上有較大衰減且伸長率減少了20%，而MSA泡水后性能保持較好，抵抗水浸能力較強(qiáng)。結(jié)果說明不同粒徑粗細(xì)的納米碳酸鈣對其制備的MS密封膠的耐水性能影響較大。

表2 不同納米碳酸鈣對浸水粘接性能的影響Tab.2 Effect of different nano-CaCO3 on bonding performance after soaking in water

2.3 紫外線對粘接性能的影響

預(yù)制裝配式建筑的混凝土接縫用密封膠耐久性主要指包括溫濕度變化、紫外輻照和外界作用力對密封膠壽命周期的影響。目前未正式出臺關(guān)于預(yù)制裝配式建筑混凝土板接縫密封膠耐久性的評價(jià)指標(biāo)和測試方法[3]，因此本文主要模擬戶外老化條件，對MS密封膠進(jìn)行了紫外線加速老化試驗(yàn)。結(jié)果見表3：經(jīng)過2個(gè)月的紫外線照射拉伸強(qiáng)度變高，伸長率有一定衰減，但是表面并未變脆粉化，粘接破壞形式仍是內(nèi)聚破壞，說明MS密封膠對紫外線輻照具有較強(qiáng)的抵抗能力。

2.4 高溫高濕對粘接性能的影響

本文通過對比高溫高濕老化2周、3周的性能變化對裝配式MS密封膠耐濕熱性能進(jìn)行了研究。由表4看出隨老化時(shí)間增加，MS膠100%模量和拉伸強(qiáng)度降低，老化21 d后這2項(xiàng)指標(biāo)均下降50%以上；伸長率隨時(shí)間的增加而變長，粘接破壞形式到21 d后也不理想，出現(xiàn)界面破壞，各種性能衰減嚴(yán)重。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是MS膠的分子結(jié)構(gòu)受到水分子的侵蝕導(dǎo)致部分水解或溶脹，使強(qiáng)度發(fā)生衰減，特別是粘接面更容易使水分子侵入影響粘接性能。以上結(jié)果說明，高溫高濕環(huán)境對MS膠粘接性能的影響非常明顯，本產(chǎn)品可以較好地經(jīng)受14 d的高溫高濕老化。

表3 紫外線對粘接性能的影響Tab.3 Effect of ultraviolet ray on bonding performance

表4 高溫高濕對粘接性能的影響Tab.4 Effect of high temperature and high humidity aging on bonding performance

2.5 低溫對粘接性能的影響

為了全面研究本產(chǎn)品在不同溫度環(huán)境中的粘接性能，本文對比室溫條件模擬研究了極寒區(qū)域冬季施工對粘接性能的影響。把施膠好的工字件混凝土試片分別放置于冰箱冷凍室（約-18 ℃）和23 ℃、50%RH的環(huán)境中，1個(gè)月后測試其拉伸粘接性能。結(jié)果如表5所示，對比室溫性能，低溫下MS膠伸長率稍微有衰減，可能是低溫下聚合反應(yīng)活性較低、使得交聯(lián)不夠充分造成聚合度降低，分子鏈短，斷裂伸長率降低。但是低溫環(huán)境下100%模量、拉伸強(qiáng)度與室溫下相當(dāng)，粘接破壞形式也同時(shí)是內(nèi)聚破壞，說明密封膠1個(gè)月時(shí)間可以完全固化，可以滿足寒冷冬季性能要求。

表5 低溫對粘接性能的影響Tab.5 Effect of low temperature environment on bonding performance

3 結(jié)論

本研究以MS預(yù)聚物為基料，控制納米碳酸鈣和增塑劑比例，再配合增粘助劑及催化劑獲得了一種裝配式建筑用低模量單組分MS密封膠。研究結(jié)果表明，不同分子結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物制備的產(chǎn)品100%模量相差較大，其中低模量產(chǎn)品對混凝土的粘接性能最優(yōu)，顯示出低模量高附著力的性能；不同粒徑納米碳酸鈣對MS密封膠的耐水性能有較大的差異；本文開發(fā)的MS密封膠對紫外線輻照具有較強(qiáng)的抵抗能力且至少可以承受14 d的高溫高濕老化。同時(shí)MS密封膠低溫粘接性能優(yōu)異，可以滿足寒冷冬季施工對其粘接性能的要求。這款具有低模量高粘附力，優(yōu)異耐老化性能的單組分MS密封膠的成功開發(fā)為裝配式建筑防水密封提供了優(yōu)異的解決方案。

[1]栗新.工業(yè)化預(yù)制裝配式(PC)住宅建筑的設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用[J].建筑施工,2008,30(3):201-202.

[2]蔡海濤,趙瑞,王翠花,等.高強(qiáng)度硅烷改性聚醚密封膠的制備及性能研究[J].粘接,2016,37(8):43-45.

[3]楊霞.預(yù)制裝配式建筑混凝土板接縫用密封膠性能研究[J].中國建筑防水,2012,29(9):11-14.

Preparation and its aging properties of MS sealant for fabricated buildings

CAI Hai-tao, ZHAO Rui, WANG Cui-hua, ZHAO Yong-gang
(Hubei Huitian New Materials Co., Ltd., Xiangyang, Huibei 441057, China)

A low modulus one-component MS sealant for the fabricated building was prepared by using MS prepolymer as the matrix polymer. The effects of different molecular structure of the prepolymers, different nano-calcium carbonate, ultraviolet ray, high temperature and high humidity aging and low temperature environment on the 100%modulus, tensile strength, elongation at break and adhesion of the MS sealant were investigated. It is found that different molecular structure of the prepolymer has a greater impact on 100% modulus of the MS sealant, and the lower the modulus,the better the bonding performance to concrete. The different nano-calcium carbonate has a great difference for the water resistance of obtained MS sealants. The MS sealant developed in this paper has strong resistance to ultraviolet radiation and can withstand at least 14 days of high temperature and high humidity aging. At the same time, the low-temperature bonding performance of the MS sealant for fabricated building is also good.

fabricated building; MS sealant; low modulus

TQ436+.6

A

1001-5922（2017）11-0037-04

2017-03-30

蔡海濤（1988-），男，碩士，研發(fā)工程師，主要從事硅膠及硅烷改性密封膠的研究與應(yīng)用。E-mail：htqycai2015@whu.edu.cn。