建筑外墻填縫改性硅酮密封膠應用研究

趙新勝

(江西應用科技學院，江西 南昌 330100)

0 引 言

建筑外墻填縫密封膠直接影響建筑外墻的水密性、氣密性、隔聲性和抗風壓性[1-2]，對建筑外墻密封起重要影響，是土木建筑外墻系統(tǒng)的重要組成部分[3]。聚氨酯密封膠和硅酮密封膠是目前普遍使用的外墻填縫密封膠[4]。雖然硅酮密封膠的耐候性較好，具有較高的使用性能，但其在應用過程中有一定概率出現(xiàn)建筑外墻板縫開裂或漏水等問題[5-6]，且硅酮密封膠使用過程中硅油外滲污染建筑物，維修過程中外滲的硅油發(fā)揮脫模劑功能[7]，在一定程度上造成硅酮密封膠與建筑基材粘結(jié)的可靠性下降，對使用造成不利影響?；诖耍芯扛男怨柰芊饽z(也稱為MS 密封膠)成為改善硅酮密封膠性能的重要途徑[8]。

目前，很多學者對改性硅酮密封膠進行了研究，并取得了一定研究成果。馬杰和付云芝[9]研究了鋅粉改性硅酮密封膠吸水性及抗水滲透性，以107 膠為基礎，制備了含有不同質(zhì)量分數(shù)鋅粉的硅酮密封膠，并分析密封膠的吸水性、抗水滲透性以及鋅粉在膠中的化學變化，以鋅粉提高改性硅酮密封膠的性能。羅志等[10]研究了二氧化鈦改性硅酮建筑密封膠，利用水性苯丙乳液作為基料，氣相白炭黑作為填料制備抗菌防污型硅酮建筑密封膠，密封膠的性能有一定改善。王嬌玉等[11]研究了水性納米硅改性苯丙硅酮建筑密封膠，以水性苯丙乳液為原料，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，加入納米硅進行接枝共聚，再與其它物質(zhì)進行物理共混制成了環(huán)保型水性納米硅改性HY-308 硅酮建筑密封膠，經(jīng)測試具備一定的環(huán)保性能。

盡管以上學者都對改性硅酮密封膠進行了研究，但目前研究的改性硅酮密封膠存在性能較低、無法在建筑外墻填縫中得到更有效的利用等問題。本文利用硅氧烷改性聚醚S810(MS 預聚體)作為主要原料，使用增塑劑、觸變劑、氣相二氧化硅等原料制備主劑；再混合制備固化劑，按比例將主劑與固化劑進行混合并添加適量色漿，制成改性硅酮密封膠，通過實驗測試了制備的建筑外墻填縫改性硅酮密封膠的應用性能，其具有一定的應用前景。

1 試 驗

1.1 主要原材料與儀器設備

1.1.1 原材料

硅氧烷改性聚醚S810(MS 預聚體)：工業(yè)級，南通辰潤化工有限公司；增塑劑：二丙二醇二苯甲酸酯(DPGDB)，工業(yè)級，廣州遠達新材料有限公司；氣相二氧化硅：HDKV15A，工業(yè)級，無錫金鼎隆華化工有限公司；填料：活性碳酸鈣(2TJI)、重質(zhì)碳酸鈣(1250 目)，工業(yè)級，陽山縣源豐粉體材料有限公司；觸變劑：聚酰胺類化合物(聚酰胺蠟)，工業(yè)級，杭州和盟化工有限公司；抗氧劑：2，6-三級丁基-4-甲基苯酚，工業(yè)級，攀花化學(上海)有限公司；光穩(wěn)定劑：2-(2'-羥基–3'，5'-二叔丁基苯基)苯并三唑，工業(yè)級，常州新策高分子材料有限公司；催化劑：RHCY，工業(yè)級，山東銳海環(huán)境科技有限公司；月桂氨：工業(yè)級，南通永樂化工有限公司。

1.1.2 儀器設備

雙行星動力混合機：10L，ROSS，南昌海源機床有限公司；電動攪拌器：200 W，上海力辰儀器；溫度控制器：0～200 ℃，精度0.1 ℃，安科瑞電氣股份有限公司；天平：稱量范圍5 kg，精度0.1 g，紹興景邁儀器有限公司；黏度計：博勒飛錐板黏度計。

1.2 膠樣制備

(1)主劑制備：按照m(MS 預聚體)∶m(活性碳酸鈣)∶m(增塑劑)∶m(重質(zhì)碳酸鈣)∶m(觸變劑)∶m(氣相二氧化硅)∶m(光穩(wěn)定劑)∶m(抗氧劑)=30∶29∶20∶15∶2∶2∶1∶1 的比例加入反應釜內(nèi)。利用雙行星動力混合機攪拌混合物，攪拌時間約60 min，攪拌至混合物均勻后再高速分散。出樣檢測觸變性，檢測結(jié)果合格后進行包裝。

(2)固化劑制備：按照m(增塑劑)∶m(催化劑)∶m(月桂氨混合)=75∶20∶5 的比例混合在四口瓶內(nèi)，在室溫下利用雙行星動力混合機對混合物進行攪拌，攪拌時間約30 min，出樣包裝。

按照m(主劑)∶m(固化劑)=10∶1 的比例進行混合，同時添加適量色漿，混合均勻后制成建筑外墻填縫改性硅酮密封膠。

1.3 性能測試

剝離粘結(jié)性：采用深圳縱橫科技有限公司產(chǎn)GMT4304 型萬能拉力試驗機，依據(jù)GB 16776—2010《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》進行測試。

拉伸粘結(jié)性：依據(jù)GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料試驗方法 第8 部分：拉伸粘結(jié)性的測定》進行測試。

浸水后拉伸粘結(jié)性能：依據(jù)GB/T 13477.9—2017《建筑密封材料試驗方法 第9 部分：浸水后拉伸粘結(jié)性的測定》進行測試。

水-紫外線輻照后定伸性能：采用鄭州惠冕材料科技有限公司產(chǎn)SZW-3 型水-紫外線輻照控制儀，依據(jù)JG/T 485—2007《建筑窗用彈性密封膠》進行測試。

硬度：采用上海市六菱儀器廠產(chǎn)LX—A 型橡膠硬度計，依據(jù)GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法 第一部分：邵氏硬度計法(邵爾硬度)》進行測試。

擠出性：采用上海泊?？茖W儀器有限公司產(chǎn)BR-Cell-APT硅膠擠出性試驗裝置，依據(jù)GB/T 13477.3—2017《建筑密封材料試驗方法 第3 部分：使用標準器具測定密封材料擠出性的方法》進行測試。

表干時間：依據(jù)GB/T 13477.5—2017《建筑密封材料試驗方法 第5 部分：表干時間的測定》進行測試。

下垂度：采用選取萬能拉力試驗機，依據(jù)GB/T 13477.6—2002《建筑密封材料試驗方法 第6 部分：流動性的測定》進行測試。

斷裂伸長率與拉伸強度：采用萬能拉力試驗機，依據(jù)GB/T 13477.8—2017 進行測試。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 改性硅酮密封膠的表觀性能(見表1)

由表1 可見，制備的改性硅酮密封膠的外觀滿足防水、密封、防泄漏、隔熱等要求，消黏性能與觸變性能均較好，膠體擠出性較高，在實際應用過程中手感較輕，具有較好的施工操作性能。同時，改性硅酮密封膠的拉伸強度為1.4 MPa、斷裂伸長率為571%、硬度為32，表明其模量相對較低，并具備高位移能力。改性硅酮密封膠撕裂強度達到9.4 N/mm，說明密封膠在實際應用過程中受外界環(huán)境因素影響出現(xiàn)局部撕裂后，撕裂區(qū)域裂口不易擴大，具有良好的施工性能。

表1 改性密封膠的各項表觀性能測試結(jié)果

2.2 MS 預聚體用量對改性硅酮密封膠性能的影響

MS 預聚體是改性硅酮密封膠制備的主要原料，其用量會對改性硅酮密封膠的性能產(chǎn)生決定性的影響。本文分析MS 預聚體用量對改性密封膠性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 MS 預聚體用量對改性密封膠性能的影響

由表2 可見，MS 預聚體用量對改性硅酮密封膠的拉伸強度、模量以及斷裂伸長率、黏度比等存在決定性影響。隨MS 預聚體用量的增加，改性硅酮密封膠的力學性能也逐漸提高，同時改性硅酮密封膠的黏度也有所增大。在MS 預聚體用量低于20%和高于30%的條件下，所制備的改性硅酮密封膠在施工過程中容易出現(xiàn)流掛拉絲現(xiàn)象和黏度過大施工困難現(xiàn)象。為此，在整體考慮改性硅酮密封膠的性能與生產(chǎn)成本的基礎上，MS 預聚體用量需要控制在30%左右，以此達到更好的施工效果。

2.3 觸變劑類型對改性硅酮密封膠性能的影響

聚酰胺類化合物(聚酰胺蠟)是密封膠制備過程中普遍使用的觸變劑，是由二元酸和二元胺通過縮聚反應而制成的低分子量蠟，再通過低溫活化制作得到的漿體，其含有豐富的羥基和酰胺基，能形成較強的氫鍵和網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，從而提高密封膠黏度，在密封膠制備過程中具有十分重要的作用。在目前的聚酰胺類化合物中，進口SLX 與國產(chǎn)D680 比較典型，兩者對改性硅酮密封膠性能的影響如圖1 所示。

圖1 觸變劑種類對改性硅酮密封膠性能的影響

從圖1 可見，采用進口SLX 和國產(chǎn)D680 制備的改性硅酮密封膠力學性能差異較小，且施工過程中的應用性能差異也較小，因此，考慮到改性硅酮密封膠制備成本問題，選取國產(chǎn)D680 作為實驗觸變劑。

2.4 改性硅酮密封膠的耐老化性能

由于研究的改性硅酮密封膠主要應用于建筑外墻填縫，因此研究改性硅酮密封膠對不同基材的拉伸粘結(jié)性具有重要意義。對比制備的改性硅酮密封膠與市售的聚氨酯密封膠、硅酮密封膠在不同老化處理(室溫下處理和水-紫外處理)條件下對不同基材的拉伸粘結(jié)性，結(jié)果見表3。

表3 不同密封膠老化后對基材的拉伸粘結(jié)性

由表3 可見：

(1)在室溫老化處理的條件下，改性硅酮密封膠和市售的硅酮密封膠應用在以水泥塊為主的建筑外墻填縫時，拉伸強度分別為0.55、0.59 MPa，而聚氨酯密封膠的拉伸強度為0.54 MPa；改性硅酮密封膠和硅酮密封膠的破壞形式均為內(nèi)聚破壞，而聚氨酯密封膠的破壞形式為界面破壞。

(2)水-紫外老化處理的條件下，改性硅酮密封膠和硅酮密封膠的破壞形式依舊為內(nèi)聚破壞，且2 種密封膠的拉伸強度、斷裂拉長率與破壞形式與室溫老化條件下相比均未出現(xiàn)顯著波動，說明制備的改性硅酮密封膠和市售硅酮密封膠耐久性較好。而聚氨酯密封膠在經(jīng)水-紫外老化處理后的拉伸強度、斷裂拉長率與破壞形式與室溫老化條件下相比，差異性更為顯著。

(3)聚氨酯密封膠在老化后性能顯著下降，伸長率大幅降低、模量大幅提升，說明聚氨酯密封膠彈性降低，界面完全破壞，無法達到實際應用需求，說明聚氨酯密封膠的耐候性較差，不適合長期使用。

綜合可知，制備的改性硅酮密封膠耐候性較高，更適合應用于建筑外墻填縫中。

2.5 不同填料比對改性硅酮密封膠表干時間和固化時間的影響(見圖2)

圖2 填料比對改性硅酮密封膠表干時間和固化時間的影響

從圖2 可以看出：

(1)隨著填料比的增大，制備的改性硅酮密封膠表干時間持續(xù)縮短，在填料比達到28%時，表干時間僅約為1.5 h。

(2)隨著填料比的增大，改性硅酮密封膠的固化時間持續(xù)延長，但幅度并不顯著。

綜合表干時間與固化時間可得，制備的改性硅酮密封膠中填料比設定為29%時符合實際應用需求。

3 結(jié) 論

為提高建筑外墻的水密性、氣密性、隔聲性和抗風壓性，研究了建筑外墻填縫改性硅酮密封膠的應用，以硅氧烷改性聚醚S810 為主要原料，結(jié)合其他原料制備改性硅酮密封膠。制備的改性硅酮密封膠性能顯著提高，消黏性能與觸變性能均較好、擠出性較高，模量相對較低，并具備高位移能力，符合實際建筑外墻填縫應用需求，具有一定的實際應用價值。