透明硅烷改性聚醚免釘膠的制備及研究

全文高，陳炳耀，姚榮茂，陳德啟，彭小琴

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

引 言

免釘膠，在國外被稱之為液體釘，顧名思義它是一種可以當(dāng)做釘子使用的新型家裝膠粘劑材料。與傳統(tǒng)家裝過程鉆孔、打釘?shù)仁┕し绞较啾?，硅烷改性聚醚免釘膠施工過程不需打孔，既無噪音，也無灰塵，施工手法簡(jiǎn)潔、環(huán)保，深受建筑市場(chǎng)消費(fèi)者們的喜愛[1]。隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平的不斷發(fā)展，人們對(duì)免釘膠的需求已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的代替釘子，而是提出更加美觀、環(huán)保、粘結(jié)性能好及施工更便捷等要求。

本研究采用硅烷改性聚醚樹脂為主材料，碳酸鈣、氣相二氧化硅為填料，鄰苯二甲酸二異壬酯為增塑劑，聚甲基三乙氧基硅烷為偶聯(lián)劑，有機(jī)錫為催化劑。按此配方最終研制出一款透明效果好、表干硫化快，初期抗滑移性能優(yōu)異的環(huán)保型透明硅烷改性聚醚免釘膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

硅烷改性聚醚樹脂（MS 樹脂），江蘇瑞洋；鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP），?？松梨诠?；親水型氣相二氧化硅、疏水型氣相二氧化硅，卡博特藍(lán)星化工（江西）有限公司；除水劑（SYLOSIV A3），上海凱茵化工有限公司；硅烷偶聯(lián)劑（KH550）、有機(jī)錫催化劑，湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DH-50 行星動(dòng)力混合機(jī)，佛山源圣弘智能裝備公司；LK-103B 電腦式伺服材料試驗(yàn)機(jī)，東莞市力控儀器科技有限公司；ZTH-1S-A 標(biāo)準(zhǔn)型恒溫恒濕試驗(yàn)箱，上海左科儀器設(shè)備有限公司；FM43 壓流黏度計(jì)，瑞士Fitech AG。

1.3 硅烷改性聚醚免釘膠的制備

首先按照比例稱量適量的硅烷改性聚醚樹脂、增塑劑鄰苯二甲酸二異壬酯、碳酸鈣與氣相二氧化硅填料等原料投入到DH-50 行星動(dòng)力混合機(jī)中；然后在真空值-0.085 左右的環(huán)境中高速攪拌，直到料溫達(dá)到100℃后中速繼續(xù)攪拌2h，脫水結(jié)束后出料裝入備料桶中得到預(yù)混料；最后將預(yù)混料再加入到動(dòng)力混合機(jī)中，開啟攪拌設(shè)備和抽真空，按配方順序分別加入除水劑、硅烷偶聯(lián)劑以及有機(jī)錫催化劑等功能助劑，在真空值-0.085 左右的環(huán)境下充分?jǐn)嚢杈鶆?，出料后將免釘膠用硬支鋁膜紙瓶灌裝待用[2]。

1.4 性能測(cè)試方法

擠出性：按照GB T13477.4-2017 標(biāo)準(zhǔn)，將塑料尖嘴切成內(nèi)徑為6mm 的噴嘴，用壓流粘度計(jì)在0.5MPa 的壓縮空氣氣壓下，用天平稱量出1min 時(shí)間內(nèi)所擠出膠的質(zhì)量（g/min）。

拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率：按照GB/T528-2009 標(biāo)準(zhǔn)要求制樣，在溫度（23±2）℃下用拉力試驗(yàn)機(jī)將啞鈴狀試片進(jìn)行拉伸測(cè)試；500mm/min 速度拉伸初期抗滑移性和下垂度：按照J(rèn)C-T 2186-2013《室內(nèi)墻面輕質(zhì)裝飾板用免釘膠》標(biāo)準(zhǔn)制樣和測(cè)試，本試驗(yàn)選擇基材為光滑纖維水泥板，分別測(cè)量3 次求平均值作為檢測(cè)結(jié)果。

透明度：按照GB/T2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》霧度計(jì)法，制作直徑50mm、厚度1mm 圓形膠片，采用霧度計(jì)測(cè)量硅烷改性聚醚免釘膠樣品的透明度。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅烷改性聚醚（MS）樹脂黏度的影響

MS 樹脂作為硅烷改性聚醚（MS）免釘膠基礎(chǔ)聚合物，MS 樹脂的黏度大小直接影響到免釘膠中聚醚預(yù)聚體含量，聚醚預(yù)聚體分子鏈?zhǔn)菦Q定硅烷改性聚醚（MS）免釘膠封端反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素[3]。試驗(yàn)中選擇6000mPa·s、8000mPa·s、10000mPa·s 以及12000 mPa·s 4 種黏度樹脂，分別研制成透明改性聚醚免釘膠。硅烷改性聚醚（MS）樹脂黏度的影響見表1。

表1 硅烷改性聚醚（MS）樹脂黏度的影響Table 1 The influence on silane-modified polyether（MS）resin viscosity

從表1 數(shù)據(jù)可以看出，硅烷改性聚醚免釘膠的力學(xué)指標(biāo)拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度，隨著MS 樹脂黏度增大逐漸變差。這是因?yàn)镸S 樹脂黏度增大的同時(shí)，基礎(chǔ)聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量也會(huì)逐漸增大，硅烷改性聚醚免釘膠水解固化產(chǎn)生的硅醇基Si-OH 會(huì)變少[4]。免釘膠力學(xué)拉伸性能由交聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)決定，當(dāng)MS樹脂黏度增大同時(shí)會(huì)造成膠液交聯(lián)密度縮小，會(huì)使免釘膠的拉伸強(qiáng)度降低。從表1 數(shù)據(jù)還可以看出，MS樹脂黏度增大影響免釘膠的拉伸強(qiáng)度和表干時(shí)間速率，但膠漿黏度和擠出性能更貼近實(shí)際施工需求。綜合考慮免釘膠性能和實(shí)際操作需求，本試驗(yàn)優(yōu)選黏度為10000mPa·s 的MS 樹脂制備硅烷改性聚醚免釘膠，最終可制備出綜合性能良好、施工工藝簡(jiǎn)單高效的透明MS 樹脂免釘膠。

2.2 氣相二氧化硅填料表面處理差異對(duì)免釘膠的影響

透明硅烷改性聚醚免釘膠在施膠過程中，是通過接觸水分子迅速水解成Si-O-Si 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。免釘膠固化速率不僅僅是與環(huán)境濕度有關(guān)，同時(shí)與原料含水率密切相關(guān)。氣相二氧化硅作為透明免釘膠常用的填充粉體，以表面處理工藝手法的差異可分為疏水型與親水型兩類，氣相二氧化硅品種選擇直接影響到透明硅烷改性聚醚免釘膠綜合性能[5]。本試驗(yàn)分別取用了氣相二氧化硅HL150 和氣相二氧化硅H2O 為填料，分別制備成透明硅烷改性聚醚免釘膠樣品。表2 逐一考查不同氣相二氧化硅類型對(duì)免釘膠性能的影響。

從表2 數(shù)據(jù)可以看出，親水型氣相二氧化硅與疏水型氣相二氧化硅所制備的透明硅烷改性聚醚免釘膠在操作性能、下垂度、初期抗滑移性以及透明度都有很大差別。首先親水型氣相二氧化硅HL150、疏水型氣相二氧化硅H20 的比表面積和粒徑不一樣，HL150 的比表面積和粒徑相對(duì)比較小，透光率與操作性能自然比疏水型H20 更優(yōu)異；同時(shí)氣相填料H20 與HL150 表面處理工藝具有很大的差異，表面具有豐富硅羥基的親水型氣相二氧化硅HL150，可以迅速地形成大量二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地提高了免釘膠的初期抗滑移性能。綜上考慮，本試驗(yàn)選擇了氣相二氧化硅HL150 填料作為免釘膠補(bǔ)強(qiáng)原料，按此配方所制備免釘膠，不僅有良好的透明度與操作性能，而且兼?zhèn)鋬?yōu)異的下垂度和初期抗滑移性能。

表2 氣相二氧化硅類型對(duì)免釘膠綜合性能的影響Table 2 The influence of fumed silica types on the comprehensive performances of nail-free glue

2.3 氣相填料工藝量對(duì)免釘膠綜合性能的影響

透明硅烷改性聚醚免釘膠以聚醚結(jié)構(gòu)為主鏈，膠漿固化后有柔性無剛性，需要在免釘膠體系中添加部分補(bǔ)強(qiáng)填料[6]。氣相二氧化硅是眾多的填料中補(bǔ)強(qiáng)效果最好的一種，少量的加入可以起到良好的補(bǔ)強(qiáng)目的。本試驗(yàn)選擇了氣相二氧化硅HL150 為免釘膠補(bǔ)強(qiáng)填料，HL150 的工藝量對(duì)免釘膠物理、力學(xué)性能的影響見表3。

表3 氣相填料HL150 工藝量對(duì)免釘膠的影響Table 3 The influence of gas phase filler HL150 dosage on nail-free glue

從表3 數(shù)據(jù)可以看出，隨著親水型氣相二氧化硅HL150 用量越大，透明免釘膠的力學(xué)性能拉伸強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，同時(shí)透明免釘膠膠液的初期抗滑移性隨著氣相填料的增加穩(wěn)步提升。這可能因?yàn)闅庀喽趸杼盍媳砻嬗胸S富硅羥基，硅羥基在免釘膠膠液中大量聚集，使得體系中的鍵合作用顯著提升，最終形成牢固、緊密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)雖然提升了免釘膠物理力學(xué)與初期抗滑移性能，但嚴(yán)重的束縛了同體系中的增塑劑與稀釋劑，導(dǎo)致免釘膠黏度不斷地提高，影響操作和擠出效果。上表數(shù)據(jù)中，當(dāng)氣相二氧化硅HL150 用量在5%～10%增加時(shí)，免釘膠的拉伸強(qiáng)度和初期抗滑移性提升非常顯著，而在10%～15%增加時(shí)只有黏度上升最為明顯。綜上，結(jié)合透明硅烷改性聚醚免釘膠粘接性能需求和后期施工操作方便，本試驗(yàn)最終選擇氣相二氧化硅HL150 的添加量為10%。

3 結(jié) 語

（1）硅烷改性聚醚黏度越高，所制備的透明硅烷改性聚醚免釘膠拉伸與剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能越差，但選擇適當(dāng)?shù)腗S 樹脂黏度才有利于改善膠漿黏度和擠出性能。結(jié)合免釘膠性能和后期施工需求，優(yōu)選10000mPa·s 的MS 樹脂制備硅烷改性聚醚免釘膠，最終可制備出綜合性能良好、施工工藝簡(jiǎn)潔高效的透明MS 樹脂免釘膠。

（2）透明硅烷改性聚醚免釘膠原料的選擇，直接影響到免釘膠的力學(xué)性能和貯存性能[7]。在氣相二氧化硅品種的選擇中，本試驗(yàn)優(yōu)選具有優(yōu)異流變性和高透明度的親水型氣相二氧化硅，按此原料制備的硅烷改性聚醚免釘膠不僅有優(yōu)異力學(xué)性能和貯存性能，也大大地降低了原料采購成本，為產(chǎn)品提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）氣相二氧化硅具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果，但氣相二氧化硅的工藝量并非越多越極好。因?yàn)闅庀喽趸柙诿忉斈z體系中不僅提升膠漿的拉伸強(qiáng)度與初粘定位能力，也提高了膠漿的黏度與表干時(shí)間，不利于后期操作和施工[8]。試驗(yàn)結(jié)果表明，氣相二氧化硅HL150 工藝量為10%效果最佳。