環(huán)保型丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料配方研究

劉建國(guó) 楊志武

（1.天津市化學(xué)工業(yè)學(xué)校，天津300131；2.河北省文安縣福利工業(yè)公司，文安065800）

1.前言

丁基橡膠防水密封膠粘帶廣泛使用在汽車(chē)、工業(yè)、建筑等各個(gè)行業(yè)中。可用于在汽車(chē)裝配中的粘接密封、地鐵隧道結(jié)構(gòu)施工縫的密封防水處理、防水工程的接口處、異型材料相互粘結(jié)的防水處理、民用住宅門(mén)窗的氣密性防水處理和通風(fēng)管道的裝飾防水、地下防水、屋面防水等工程；可作為家用空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備和船舶領(lǐng)域的管路阻尼減震，能有效減少聲音的震動(dòng)，達(dá)到降噪效果。

目前，市場(chǎng)防水密封膠粘帶的膠料有瀝青改性、熱熔膠改性和丁基橡膠改性等品種。瀝青改性的膠料具有價(jià)格低的特點(diǎn)，主要存在耐高低溫差、含有苯并芘等多種有害物質(zhì)；熱熔膠改性的膠料具有較高附著力的特點(diǎn)，同時(shí)也存在耐高低溫差；丁基橡膠改性的膠料具有耐高低溫性、耐候性、耐老化性及防水性等特點(diǎn)。

丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料，以往生產(chǎn)廠家為了降低成本，以丁基再生膠為主要原料,配以其他助劑制成膠帶，造成膠帶不環(huán)保及性能不穩(wěn)定。環(huán)保型丁基橡膠防水密封膠帶，以丁基橡膠為主要原料，配以其他助劑，通過(guò)先進(jìn)工藝加工制成的一種永不固化型自粘防水密封膠帶，對(duì)各種材質(zhì)表面都有極強(qiáng)的粘結(jié)力，同時(shí)具有優(yōu)良的耐候性、耐老化性及防水性，對(duì)被粘物表面起到密封、減震、保護(hù)等作用。該產(chǎn)品完全不含溶劑，所以不收縮、不會(huì)散發(fā)有毒氣體。因其永不固化，故對(duì)被粘物表面熱脹冷縮和機(jī)械形變有極佳的追隨性，是一種極為先進(jìn)的防水密封材料。

本文介紹按照J(rèn)C/T 942-2004《丁基橡膠防水密封膠粘帶》、ROHS 2011/65/EU 及修訂指令（EU）2015/863 附錄II 的要求，進(jìn)行一系列試驗(yàn)，試驗(yàn)出環(huán)保型丁基橡膠防水密封膠粘帶的膠料。

2.技術(shù)要求

JC/T 942-2004《丁基橡膠防水密封膠粘帶》的物理化學(xué)性能見(jiàn)表-1， ROHS 2011/65/EU 及修訂指令（EU）2015/863 附錄II 的要求見(jiàn)表-2（有害物限制量）。

表-1 丁基橡膠防水密封膠粘帶物理化學(xué)性能

表-2 ROHS 2011/65/EU 及修訂指令（EU）2015/863 附錄II 的有害物限制清單

3.實(shí)驗(yàn)

3.1 原材料

丁基橡膠.1751，北京燕山石化；低分子量聚異丁烯.韓國(guó)大林；高分子量聚異丁烯.德國(guó)巴斯夫；滑石粉.325 目，遼寧品冠；C5 樹(shù)脂.大慶華科；軟化劑.河北瑞浩；其它配合劑均為橡膠工業(yè)常用國(guó)產(chǎn)原材料。

3.2 基本配方

丁基橡膠100；聚異丁烯150～250(變量)；滑石粉200～500(變量)；軟化劑20～40(變量)；增粘樹(shù)脂C5 30～50(變量)；其它配合劑10。

3.3 試驗(yàn)方法

3.3.1 膠料混煉、捏合

首先在橡膠密煉機(jī)進(jìn)行混煉，將丁基橡膠和部分滑石粉、部分軟化劑進(jìn)行混煉，混煉均勻后排膠，制成丁基橡膠母膠。

把丁基橡膠母膠膠料加入捏合機(jī)進(jìn)行捏合，依次投入樹(shù)脂、聚異丁烯、剩下的部分滑石粉、部分軟化劑和其它配合劑，捏合均勻后過(guò)濾排膠，制成丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料。

3.3.2 膠料檢測(cè)

丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料物理化學(xué)性能，委托國(guó)家建筑材料測(cè)試中心進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表-3；丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料檢測(cè)ROHS 2011/65/EU 及修訂指令（EU）2015/863 附錄II 的主要清單，委托譜尼測(cè)試科技（天津）有限公司進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表-4，表-5。

設(shè)立兩級(jí)考核標(biāo)準(zhǔn)：以創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目原型與風(fēng)險(xiǎn)投資計(jì)劃書(shū)為初級(jí)考核標(biāo)準(zhǔn)，教師與其他課程老師進(jìn)行初步篩選，從中選出若干優(yōu)秀的進(jìn)行二級(jí)考核篩選；以模擬風(fēng)投路演的風(fēng)險(xiǎn)投資金額為主要的二級(jí)考核依據(jù)，學(xué)生將在模擬風(fēng)投路演中展示自己創(chuàng)業(yè)計(jì)劃，教師請(qǐng)的風(fēng)險(xiǎn)投資家將會(huì)根據(jù)計(jì)劃給出自己投資金額。

表-3 丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料物理化學(xué)性能

表-4 丁基橡膠防水密封膠粘帶按照（EU）2015/863 附錄II（新增有害物限制）檢測(cè)報(bào)告

-5 丁基橡膠防水密封膠粘帶ROHS 2011/65/EU（有害物限制）檢測(cè)報(bào)告

4.結(jié)果與討論

4.1 性能要求

丁基橡膠防水密封膠粘帶要符合建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)檢驗(yàn)，膠料的持粘性、耐熱性、剝離強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度保持率（熱處理）、剝離強(qiáng)度保持率（堿處理）、剝離強(qiáng)度保持率（浸水處理），檢驗(yàn)結(jié)果符合JC/T 942-2004 中M 類(lèi)的技術(shù)要求，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表-3。環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)按照ROHS 測(cè)試，經(jīng)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果符合ROHS 2011/65/EU 及修訂指令（EU）2015/863 附錄II 的清單要求，即該產(chǎn)品符合歐盟有害物質(zhì)含量限量標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 性能與配方的關(guān)系

4.2.1 密度

密度為一般膠粘帶制品必不可少的性能指標(biāo)，一般密度要求1.5±0.1mg/m3, 密度的設(shè)計(jì)是首先要查出配方中各種材料的密度，計(jì)算出的理論密度，使其基本符合設(shè)計(jì)要求。如果理論密度與設(shè)計(jì)值相差較大，可從配方調(diào)整補(bǔ)強(qiáng)填充劑等組分的品種和用量，直至從設(shè)計(jì)角度基本符合要求。為符合密度要求可選用白炭黑、輕鈣、滑石粉等填料，但是要控制用量，用量多了能降低成本，會(huì)影響膠料性能，所以要合理控制填充劑的用量。

4.2.2 持粘性

丁基橡膠防水密封膠粘帶屬于壓敏膠帶，膠粘帶膠料本身的粘彈性以及對(duì)被粘材料表面的潤(rùn)濕性是產(chǎn)生對(duì)壓力敏感的主要原因。膠粘帶的持粘性標(biāo)準(zhǔn)為≥20 min。增加主體材料的分子量，可以增加材料的內(nèi)聚力，提高粘接強(qiáng)度。但分子量大會(huì)阻滯潤(rùn)濕和分散，不利于流動(dòng)和潤(rùn)濕，降低初粘力。但分子量低時(shí)，內(nèi)聚強(qiáng)度差，剝離時(shí)容易發(fā)生內(nèi)聚破壞。選用增粘樹(shù)脂和聚異丁烯能提高膠粘帶的持粘性，低分子量聚異丁烯是一種穩(wěn)定的合成不干性增粘軟化劑，具有不同的分子質(zhì)量和粘度、較好的相容性和永久粘合性，可提高膠粘帶的潤(rùn)濕、初粘力，碳5 樹(shù)脂具有較好的降凝增粘和改善粘度系數(shù)的性能，具有很好的粘接性，耐酸、耐堿、抗老化、耐候等優(yōu)異的性能。丁基膠粘帶中加入碳5 樹(shù)脂能夠提高膠粘帶的持粘性。

耐熱性是膠粘帶的重要性能指標(biāo)，耐熱標(biāo)準(zhǔn)80℃，2h，無(wú)流淌、龜裂、變形。丁基橡膠防水密封膠粘帶主要由丁基橡膠、聚異丁烯、填充劑及軟化劑等組成，屬于不交聯(lián)不干性混合膠。丁基橡膠不飽和度很低，而聚異丁烯為飽和聚合物，加上二者分子鏈的不活潑性，其具有優(yōu)異的耐熱和抗氧化性能。但聚異丁烯分低、中和高分子量。低分子量聚異丁烯常溫下呈液體狀，降低膠料的粘度，在耐熱試驗(yàn)中易流淌，所以要控制低分子量聚異丁烯用量。膠粘帶膠料所用填料不會(huì)降低阻尼塊的耐熱性。軟化劑是影響膠粘帶耐熱性的主要因素，因?yàn)檐浕瘎┰谀z粘帶膠料中用量較大，且本身的分子量較低，并含有一定量的不飽和基團(tuán)或易揮發(fā)的雜質(zhì)，在受熱時(shí)會(huì)氧化分解、揮發(fā)，其相應(yīng)的膠粘帶表面受熱時(shí)就會(huì)出現(xiàn)硬化、干裂現(xiàn)象。軟化劑在阻尼塊中用量過(guò)大，降低膠料的粘度，在耐熱試驗(yàn)中易流淌，使耐熱性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。所以在膠粘帶膠料配方中，選擇聚異丁烯時(shí)采用低分子量和高分子量并用，提高膠粘帶耐熱性。

4.2.4 剝離強(qiáng)度

膠粘帶剝離強(qiáng)度是粘貼在一起的材料，從接觸面進(jìn)行單位寬度剝離時(shí)所需要的最大力。它反應(yīng)材料的粘結(jié)強(qiáng)度，是粘合性能時(shí)最重要的指標(biāo)，膠粘帶的剝離強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為≥0.6N/mm。影響膠粘帶剝離強(qiáng)度的主要因素是膠粘帶膠料中聚異丁烯和增粘樹(shù)脂的用量。聚異丁烯本身分子結(jié)構(gòu)的完全不定形性決定了它是膠粘帶膠料理想的永久性增粘劑。當(dāng)丁基橡膠為100 份，聚異丁烯選擇150～250 份、碳5 樹(shù)脂選擇30～50 份，膠粘帶的剝離強(qiáng)度能達(dá)到0.6N/mm 以上。隨著聚異丁烯和碳5 樹(shù)脂用量大，粘接強(qiáng)度大，但膠粘帶的粘性愈大，對(duì)捏合和擠出加工愈不利。

4.2.5 膠料環(huán)保

膠粘帶屬于化學(xué)工業(yè)，某些原料中帶有一些、有毒性、有污染不環(huán)保的物質(zhì)，特別有的廠家大量使用的廢舊丁基再生膠、瀝青、廢機(jī)油等不環(huán)保材料生產(chǎn)膠粘帶，造成膠粘帶存在多種重金屬和多環(huán)芳香烴。重金屬在進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后就會(huì)存留、積累和遷移，造成危害。重金屬在人體內(nèi)能和蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在人體的某些器官中富集，如果超過(guò)人體所能耐受的限度，會(huì)造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等，對(duì)人體會(huì)造成很大的危害。

環(huán)保型丁基橡膠防水密封膠粘帶膠料配方設(shè)計(jì)，是按照ROHS 2011/65/EU 及修訂指令（EU）2015/863 附錄II 的清單要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在選擇橡膠和配合劑時(shí)符合ROHS 標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，生產(chǎn)的丁基橡膠防水密封膠粘帶經(jīng)過(guò)國(guó)家建材質(zhì)量檢測(cè)中心的和譜尼測(cè)試科技（天津）有限公司檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

5.結(jié)論

環(huán)保型丁基橡膠防水密封膠粘帶是以丁基橡膠為主要原料，配以其他助劑，通過(guò)先進(jìn)工藝加工制成的一種終生不固化型自粘防水密封膠帶，對(duì)各種材質(zhì)表面都有極強(qiáng)的粘結(jié)力，同時(shí)具有優(yōu)良的耐候性、耐老化性及防水性，對(duì)被粘物表面起到密封、減震、保護(hù)等作用。該產(chǎn)品環(huán)保，使用后不收縮、不會(huì)散發(fā)有毒氣體。因其終生不固化，故對(duì)被粘物表面熱脹冷縮和機(jī)械形變有極佳的追隨性，是一種極為先進(jìn)的防水密封材料。

環(huán)保型丁基橡膠防水密封膠粘帶的研制，是和河北文安福利工業(yè)公司共同聯(lián)合進(jìn)行研發(fā)的，利用工廠的生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)儀器及資金，共同完成。