裝配式建筑用硅烷改性聚醚密封膠的研制

郭　煥，呂政昊

（營口市遼河化工研究所有限公司，遼寧 營口 115000）

裝配式建筑是將建筑物的墻體、樓板、飄窗和樓梯等構(gòu)件在工廠制成鋼筋混凝土預(yù)制件，然后運送到施工現(xiàn)場，通過吊裝、組裝和拼接等方式進(jìn)行施工的一種形式[1]。而我國傳統(tǒng)的建筑方式仍是混凝土澆筑，存在施工周期較長、成本難以控制等缺陷，長期阻礙了工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程[2,3]。在低碳經(jīng)濟、綠色建筑等新趨勢的引導(dǎo)下，我國正在大力扶持和推廣預(yù)制裝配式建筑，裝配式建筑已成為未來建筑發(fā)展的主要方向之一。

隨著建筑物材質(zhì)與結(jié)構(gòu)的改變，構(gòu)件接縫的間距會增大，造成接縫的位移量增加，這就要求使用具有一定回彈率的密封膠。預(yù)制混凝土為多孔性材料，混凝土本身呈堿性，很難粘接[4]，若使用普通的密封膠，其粘接面上會承受較大位移形變，容易發(fā)生密封膠破裂。通常建筑接縫使用的是硅酮密封膠、聚氨酯密封膠和聚硫密封膠等這類具有彈性的密封膠。然而傳統(tǒng)的硅酮膠有未參與反應(yīng)的物質(zhì)，長期暴曬會引起小分子物質(zhì)滲出，隨著時間的推移，這種污染會更加嚴(yán)重；而聚氨酯類密封膠在施工時會散發(fā)出刺鼻氣味，隨著季節(jié)變換，聚氨酯類密封膠耐候性會變差；聚硫密封膠由于耐久性和抗形變位移能力較小，長期使用易受分子中不穩(wěn)定的二硫鏈節(jié)的影響，出現(xiàn)壓縮和伸長的永久變形逐漸增大、表面出現(xiàn)龜裂等不足[5]。本研究針對裝配式建筑要求研發(fā)出一種硅烷封端聚醚的改性硅烷密封膠，簡稱MS密封膠。

1　實驗部分

1.1　主要原料

MS聚合物（S203H、S303H），日本鐘淵化學(xué)工業(yè)株式會社；鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP），鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP），美國埃克森美孚石油公司；鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），江蘇宏信化工有限公司；聚丙二醇（PPG3000），江蘇省海安石油化工廠；活性納米碳酸鈣，竹原化學(xué)工業(yè)株式會社；重質(zhì)碳酸鈣，歐米亞公司；鈦白粉，云南澤昌鈦業(yè)有限公司；聚酰胺蠟，克雷威利（廣州）化工有限公司；氫化蓖麻油，廣州潤權(quán)化工有限公司；疏水氣相二氧化硅，贏創(chuàng)特種化學(xué)（上海）有限公司；膨潤土，沈陽泰歐克化工有限公司；乙烯基三乙氧基硅烷，淮安和元化工有限公司；N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，南京聯(lián)硅化工有限公司；螯合錫（U-220H），日東化成株式會社。

1.2　主要儀器

KXJ系列雙行星混合攪拌機，無錫科越化工機械廠；ZXZ-2型旋片式真空泵，臺州市黃巖匯豐真空設(shè)備廠；CMT6104拉力機，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；SHO 45D型恒定濕熱試驗箱，杭州藍(lán)天化驗儀器廠。

1.3　密封膠的制備

將S203H、S303H、DIDP、活性納米碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、鈦白粉及觸變劑等加入到攪拌釜加熱至90～100 ℃，真空-0.1 MPa下脫水1.5 h。待混合完后降溫至50 ℃，加入除水劑、偶聯(lián)劑等繼續(xù)真空攪拌15 min，最后加入催化劑攪拌10 min，出料。

1.4　性能測試

（1）拉伸粘接性：按GB/T528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》標(biāo)準(zhǔn)，采用拉力機進(jìn)行測試（制成啞鈴型試片，測定試件拉伸至破壞時的斷裂伸長率）。

（2）擠出性：按照GB/T13477.4-2002《建筑密封材料試驗方法第4部分：原包裝單組分密封材料擠出性的測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試（選用內(nèi)徑6 mm的噴嘴，將密封膠擠入裝有水的量筒內(nèi)，計算一定時間內(nèi)擠出量筒水位變化即為密封膠的體積）。

（3）下垂度（垂直）：按照GB/T13477.7-2002《建筑密封材料試驗方法第7部分：低溫柔性的測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試（模具選用a型，試件在（50±2）℃的恒溫箱內(nèi)放置4 h）。

（4）貯存穩(wěn)定性：將密封膠放入90 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行高溫老化，24 h后取出，室溫放置2 h后測試稠度。

（5）稠度：按GB/T1749-1979（1989）《厚漆，膩子稠度測定法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試（取定量體積試樣，在固定壓力下經(jīng)過一定時間后，以試樣流展擴散的直徑表示）。

（6）表干時間：按照GB/T13477.5-2002《建筑密封材料試驗方法 第5部分：表干時間的測定》標(biāo)準(zhǔn)中方法B進(jìn)行測試（將試樣填滿?？?，刮刀刮平，手指接觸3個不同部位，直到無試樣粘附在手指上）。

2　結(jié)果及討論

2.1　MS聚合物對密封膠力學(xué)性能的影響

MS聚合物是一種硅烷封端聚醚的交聯(lián)聚合物，而分子主鏈仍是柔性的聚醚長鏈結(jié)構(gòu)，由此賦予了密封膠良好的延伸性、抗疲勞性及抗位移形變能力，而端基的硅氧鍵經(jīng)濕氣固化形成了Si-O-Si鍵，繼承了硅酮膠的耐候、耐老化等性能。見式（1)。

式中，R為C1～2的 烷基；R'為Me或 Et。

本研究采用低模量的S203H、中模量的S303H作為MS聚合物，低模量可賦予密封膠良好的延伸性及抗位移能力，中模量可以增加密封膠的拉伸強度及粘接性。不同模量的MS聚合物進(jìn)行復(fù)配后對密封膠力學(xué)性能的影響如表1所示。

表1　MS聚合物對密封膠性能的影響Tab.1　Effects of MS polymers on sealant properties

由表1可知：當(dāng)S203H與S303H的質(zhì)量比為60∶40時，伸長率相對最大，模量較低，而低模量可減少密封膠的內(nèi)應(yīng)力，增大伸長率，防止膠層開裂，保持良好的粘接密封性能。

2.2　增塑劑的種類及用量對密封膠性能的影響

增塑劑的主要作用是降低物料的黏度，增加密封膠的柔韌性和伸長率，降低成本。本研究考查了100 g基料下不同增塑劑及用量對密封膠性能的影響（如表2和表3所示）。

表2　增塑劑種類對密封膠性能的影響Tab.2　Effects of types of plasticizer type on sealant properties

由表2可知：PPG3000作為增塑劑制得的密封膠強度較高，伸長率相對最大，而DIDP性能也較好，但是鄰苯類增塑劑非環(huán)保型，且其體系中的官能團會發(fā)生酯交換反應(yīng)，從而產(chǎn)生異味[6]。PPG3000與硅烷改性聚醚有較好的相容性，高分子質(zhì)量賦予了密封膠良好的柔曲性，具有較強的抗位移能力，所以本研究選取PPG3000作為增塑劑。

表3　增塑劑用量對密封膠性能的影響Tab.3　Effects of amount of plasticizer amount on sealant properties of sealant

由表3可知：隨著增塑劑用量增加，拉伸強度呈下降態(tài)勢，而斷裂伸長率先增加后降低，當(dāng)增塑劑用量為90 g時，斷裂伸長率達(dá)到相對最大，所以增塑劑最佳用量為90 g較適宜。

2.3　觸變劑的種類及用量對密封膠性能的影響

密封膠在填充裝配式建筑接縫時，多采用立面施工，這既要保證密封膠的易擠出性，又要保證不流掛，故而對密封膠的觸變性提出了要求。本研究考查了不同觸變劑在等質(zhì)量時對密封膠擠出性及下垂度的影響（如表4所示）。

由表4可知：氫化蓖麻油增稠效果顯著，但觸變效果不如聚酰胺蠟，在撤去外力后密封膠仍會流出。故本研究選取聚酰胺蠟作為密封膠觸變劑。

由表5可知：隨著聚酰胺蠟用量的增加，密封膠的黏度增大，當(dāng)用量為2%時，膠料易擠出，但會出現(xiàn)下垂現(xiàn)象；當(dāng)用量為5%時，擠出困難，不符合建筑密封膠標(biāo)準(zhǔn)，所以本研究認(rèn)為，選取聚酰胺蠟用量為3%較適宜。

表4　觸變劑種類對密封膠性能的影響Tab.4　Effects of types of thixotropic agents type on sealant properties

表5　觸變劑用量對密封膠性能的影響Tab.5　Effects of amount of thixotropic agents on properties of sealant

2.4　催化劑用量對密封膠性能的影響

密封膠的表干時間及貯存穩(wěn)定性與催化劑用量有很大的關(guān)系。本研究采用高活性的螯合錫作為低模量密封膠的催化劑。考查了催化劑用量對密封膠表干時間及貯存穩(wěn)定性的影響（如表6所示）。

表6　催化劑用量對密封膠性能的影響Tab.6　Effects of amount of catalyst amount on sealant properties of sealant

由表6可知：隨著催化劑用量的增加，表干時間縮短，貯存穩(wěn)定性變差?？紤]到建筑大面積施工，應(yīng)給施工者保留可操作時間進(jìn)行表面修整，故本研究選取催化劑的相對最佳用量為1%。

2.5　除水劑用量對密封膠性能的影響

本研究采用乙烯基三甲氧基硅烷作為除水劑，以此清除密封膠中填料多余的水分并延長密封膠的貯存期。其作用機理是端硅烷基與密封膠中的濕氣發(fā)生水解反應(yīng)形成硅醇基，再經(jīng)縮合反應(yīng)形成Si-O-Si鍵。除水劑用量對密封膠性能的影響如表7所示。

表7　除水劑用量對密封膠性能的影響Tab.7　Effects of amount of dehydration agent amount on sealant properties of sealant

由表7可知：在90℃老化試驗下，隨著除水劑用量的增加，雖然密封膠貯存穩(wěn)定性在增加，但當(dāng)用量大于3%時，對密封膠固化過程影響較大，如果膠體本身含水量較少，在固化過程中會消耗一部分濕氣，甚至出現(xiàn)密封膠固化后表皮不干、發(fā)黏等現(xiàn)象。所以選擇除水劑用量為2%較適宜。

3　結(jié)論

（1）選取不同模量的MS聚合物進(jìn)行復(fù)配 ， 當(dāng)m（S203H）∶m（S303H）=60∶40、增塑劑選取環(huán)保型PPG3000（用量為90 g）時，可獲得低模量高伸長率的密封膠。

（2）選用聚酰胺蠟為觸變劑，用量為3 g時的觸變效果相對最佳。

（3）綜合考慮催化劑及除水劑對表干時間和貯存穩(wěn)定性的影響，本研究認(rèn)為，選取催化劑用量為1 g、除水劑為2 g時的密封膠性能相對最佳。

[1]范玉,徐華,黃新,等.新型裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)及其施工技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品,2015,12(12):87-89.

[2]嚴(yán)薇,曹永紅,李國榮.裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與建筑工業(yè)化[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報,2004,26(5):131-136.

[3]于飛龍,張家春.裝配式建筑發(fā)展研究[J].低溫建筑技術(shù),2015,37(9):40-42.

[4]張斌,袁素蘭,唐青松,等.裝配式建筑混凝土接縫密封解決方案[J].中國住宅設(shè)施,2015,(2):84-86.[5]黃應(yīng)昌.呂正蕓彈性密封膠與膠黏劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003,435.

[6]黃活陽,何小軍,馮炬佳.環(huán)保型有機硅改性聚醚密封膠的研制[J].化學(xué)與黏合,2015,37(2):114-116.