白油對酸性硅酮密封膠性能的影響

陳德啟，陳炳耀，姚榮茂，全文高

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

前 言

酸性硅酮密封膠屬于單組分室溫硫化硅橡膠主要品種之一，其通用配方包含107 基膠、交聯(lián)劑、補強填料、增塑劑以及催化劑等原料，通過真空環(huán)境下混合制備而成[1]。要保證密封膠能與空氣水分子縮合反應(yīng)交聯(lián)成彈性體，增塑劑的品種選擇與用量十分關(guān)鍵。二甲基硅油一直是硅酮膠產(chǎn)品首選增塑劑原料，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易揮發(fā)，在分子結(jié)構(gòu)方面與107 基膠有良好的相容性。但隨著有機硅產(chǎn)品市場競爭日益激烈，很多企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，紛紛使用白油代替二甲基硅油，嚴重地降低有機硅密封膠的滲油、硬度等物理性能，同時密封膠的拉伸強度、拉伸延長率、100%定伸模量等性能也受到嚴重質(zhì)疑。白油少量摻入有機硅密封膠體系已成企業(yè)共識，本試驗在107 基膠、交聯(lián)劑、填料和催化劑固定的前提下，考察了白油添加量對酸性硅酮密封膠綜合性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料與設(shè)備

3 號白油，化妝級，廣東中海南聯(lián)公司；羥基封端聚二甲基硅氧烷（107 膠），黏度50000mPa·s，江西藍星星火有機硅公司；D-18 醋酸型交聯(lián)劑，湖北新藍天公司；二丁基二月桂酸錫，吉林華信化工廠，A-150 氣相二氧化硅、201-350 二甲基硅油，山東東岳有機硅公司。

DLH-50L 行星動力混合機，佛山碩宸機械公司；WDT-W-50B2 電子萬能試驗機，承德精密試驗機公司；LX-A 邵氏硬度計，上海研潤光機公司；FM43 壓流黏度計，瑞士FitechAG；YHG-9055A 鼓風(fēng)干燥箱，上海姚氏儀器設(shè)備廠；QBB-37ml 比重杯，上海右一儀器公司。

1.2 密封膠制備

按工藝順序，分別將質(zhì)量份為60 份的107 硅橡膠、20 份白油增塑劑添加到清潔后的DLH-50L 行星動力混合機中，開啟混合機并保持真空條件下攪拌至物料均勻；然后在負壓條件下抽入5 質(zhì)量份交聯(lián)劑后繼續(xù)攪拌，接著在高速攪拌條件下添加10質(zhì)量份氣相二氧化硅，直至氣相二氧化硅全部攪拌均勻后加入催化劑二丁基二月桂酸錫2 質(zhì)量份。最后在-0.085～-0.092MPa 真空條件下持續(xù)攪拌20min，物料充分攪拌均勻后即可出料備用。

1.3 性能測試

擠出性：按GB/T13477.3—2017《使用標準器具測定建筑密封材料擠出性和適用期的方法》測試，將裝有樣品的硬管切出2mm 口徑，在700kPa 氣壓擠出樣品30s，最后用天平稱量擠出試樣的質(zhì)量。

表干時間：按照GB/T13477.5-2017《建筑密封材料試驗方法第5 部分：表干時間的測定》方法，將樣品擠出在試驗板上開始計時，以手指端部輕觸試驗樣上不同部位，記錄手指無黏附試樣所需時間。

拉斷伸長率、100%定伸、模量、拉伸強度：按照標準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》進行測定，用拉力試驗機將啞鈴狀或工字環(huán)狀標準試片進行拉伸測試[2]。

邵爾A 硬度：根據(jù)GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法：邵氏硬度計法》方法，將試樣擠在制定方格中恒溫恒濕養(yǎng)護7d，然后用邵爾A 硬度計壓在密封膠試樣至少3 個不同位置，讀取硬度平均值。

滲油性：在A4 白紙上擠上20g 左右密封膠膠液，然后將紙折疊并用圓滾筒擠壓成蝴蝶狀（厚度4mm左右），最后放在恒溫恒濕（23℃、50%）的檢測室放置24h，測量A4 紙中密封膠滲油面積大小。滲油面積值大于100%，判為重度滲油； 滲油面積值小于100%，判輕度滲油，面積在10%以內(nèi)判無滲油。

2 結(jié)果與討論

2.1 白油含量對密封膠滲油性的影響

為了有效地降低有機硅密封膠的生產(chǎn)成本，在密封膠體系中添加大量廉價白油代替生產(chǎn)所需硅油，已經(jīng)成為有機硅生產(chǎn)企業(yè)默認共識。但大量白油的加入勢必會影響到密封膠的綜合性能，膠條滲油情況尤為突出。為了驗證白油含量與密封膠滲油性能的關(guān)系，試驗分別考察了添加不同量白油硅酮密封膠滲油情況，試驗數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 白油含量對密封膠滲油性的影響Table 1 The effect of white oil content on the oil permeability of the sealant

從表1 數(shù)據(jù)可以看出，酸性硅酮密封膠白油含量越大，所制膠條滲油情況越嚴重。當白油用量控制在10%以內(nèi)時，密封膠基本不會出現(xiàn)滲油情況；當白油用量在10%～30%時，密封膠開始出現(xiàn)滲油現(xiàn)象并逐漸加重；最后在白油量達到30%以上時，密封膠已經(jīng)達到重度滲油，嚴重影響密封膠使用。綜合密封膠生產(chǎn)成本與產(chǎn)品性能考慮，白油添加量在15%～25%左右才能制備出物美價廉的硅酮密封膠。

2.2 白油含量對密封膠擠出性能的影響

有機硅密封膠生產(chǎn)用白油，是一種無色無味油狀液體原料，在有機硅密封膠配方體系中不僅充當增塑劑作用，同時也是密封膠稀釋原料之一。密封膠擠出性考察是施工過程必須遇到的問題，擠出性的大小與密封膠的稠度密切相關(guān)，大量稀釋作用的白油加入會影響到密封膠的稠度和擠出效果。試驗中做了7 組不同白油用量的密封膠試樣，所制密封膠擠出性數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 白油含量對密封膠擠出性能的影響Table 2 The effect of white oil content on the extrusion performance of the sealant

從表2 數(shù)據(jù)可以看出，隨著白油含量的增大，所制密封膠的擠出速率也逐漸增大。這是因為密封膠體系中白油量越大，膠液就變得越稀，自然更加容易擠出。擠出性的增加有效地提升了密封膠的施工性能，但如果擠出性太大又會出現(xiàn)流掛問題，造成基材污染和膠液浪費。試驗發(fā)現(xiàn)，密封膠白油用量保持在15%～25%之間，不僅可以提升施工性能，而且膠液稠度適當不會流掛。

2.3 白油含量對密封膠表干時間的影響

表干時間是密封膠施工過程中比較關(guān)注的重要指標之一，密封膠施工過程不僅需要打膠、刮膠，還要定位和防護。如果密封膠表干時間太快，就沒有足夠時間操作刮膠工序，施工美觀性大大打折；如果是表干時間太慢，則會嚴重耽誤施工人員等待時間，影響到粘接密封工程進度。表3 為不同白油用量所制密封膠表干數(shù)據(jù)。

表3 白油含量對密封膠表干時間的影響Table 3 The effect of white oil content on the surface drying time of the sealant

從表3 數(shù)據(jù)可以看出，密封膠白油含量越大，密封膠的表干時間會越長，說明白油越多表干會越困難[3]；與此同時，我們還可以看出表干時間增速比較慢，整個過程中表干時間上升趨勢比較緩慢，也說明了白油添加量在10%～40%范圍內(nèi)對表干時間影響不大。

2.4 白油含量對密封膠硬度性能的影響

市場上二甲基硅油價格比白油高出好多，部分廠家密封膠的增塑劑常用白油代替硅油使用，以達到降低成本的作用。但白油相對分子質(zhì)量比硅油要低，其組成部分的飽和烷烴類在密封膠固化過程中容易揮發(fā)掉，此時最容易受到影響的就是密封膠的硬度性能。試驗中選用不同白油添加量制成樣品，并在不同貯存時間段分別檢測密封膠硬度數(shù)據(jù)，詳見表4 數(shù)據(jù)。

表4 白油含量對密封膠硬度性能的影響Table 4 The effect of white oil content on the hardness of the sealant

從表4 數(shù)據(jù)可以看出，密封膠的貯存時間在7d以內(nèi)，白油使用量逐步增加時，密封膠的硬度逐漸下降。這是因為配方中填料、107 膠工藝量已經(jīng)固定，白油用量增加時，密封膠固含量減少，硬度自然跟著下降。但是隨著貯存時間增長，每個試樣密封膠的硬度都在穩(wěn)步上升，且白油量越多硬度上升越明顯，主要是在密封膠長時間貯存過程中，白油已經(jīng)逐漸揮發(fā)完。白油揮發(fā)后密封膠體系只有107膠、填料等成分，粘接、拉伸等力學(xué)性能嚴重下滑。

2.5 白油含量對密封膠力學(xué)性能的影響

表5 白油含量對密封膠力學(xué)性能的影響Table 5 The effect of white oil content on the mechanical properties of the sealant

從表5 數(shù)據(jù)可以看出，隨著密封膠體系中白油含量的增加，密封膠的拉伸強度、100%定伸模量粘接性能逐漸下降，而密封膠拉斷伸長率卻在逐步的上升。試驗結(jié)果表明，密封膠需要在拉斷強度、100%定伸模量與拉伸長率之間同時滿足需求，白油用量最佳為20%左右，方可確保有機硅密封膠綜合性能達到最優(yōu)。

3 結(jié) 論

通過上述試驗發(fā)現(xiàn)，嚴格按配方以羥基封端聚二甲基硅氧烷（107 膠）為基膠，優(yōu)選氣相法二氧化硅為補強填料，搭配適量的醋酸交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑和催化劑，可以制備出一種酸性有機硅密封膠。酸性有機硅密封膠白油用量的確定，直接影響到密封膠的滲油性、硬度等物理性能，也密切關(guān)系到拉斷伸長率、拉伸強度等力學(xué)指標[5]。所以，白油雖然可以有效降低密封膠生產(chǎn)成本，但是用量必須控制在合理的范圍內(nèi)。結(jié)合試驗比較發(fā)現(xiàn)，密封膠體系中白油添加量以15%～25%為宜，按此白油添加量制備的酸性有機硅密封膠，各項性能指標基本滿足GB/T14683—2017 需求。