硅酮密封膠改性對(duì)比及在建筑幕墻施工中的應(yīng)用性能研究

高 鵬,陳 星,王 維,鄧明科

(1.中國(guó)建筑第五工程局有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410007;2.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,陜西 西安 710055)

建筑用密封膠劑在幕墻鋪設(shè)和幕墻填縫施工中應(yīng)用廣泛,為了提高密封膠在建筑施工中的應(yīng)用性能,諸多學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了研究。

利用重鈣和超細(xì)納米碳酸鈣作為輔助填料,摻入適量配比的硅烷偶聯(lián)劑KH-792制備密封膠,由此提升硅酮密封膠在土木工程建筑幕墻施工中的應(yīng)用性能,使密封膠的表干時(shí)間、固化時(shí)間、硬度等各項(xiàng)性能指標(biāo)都符合規(guī)范要求,有助于改善硅酮密封膠的耐水、耐腐蝕和耐老化能力,提高施工質(zhì)量[5]。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

107基礎(chǔ)硅橡膠:工業(yè)級(jí),湖北鼎宏新材料公司;甲基硅油:工業(yè)級(jí),上海威振化工材料有限公司;超細(xì)納米活性碳酸鈣:工業(yè)級(jí)(純度99.9%),廣東信鴻化工制品有限公司;重鈣粉:工業(yè)級(jí),江蘇榮奧化工材料有限公司;催化劑:工業(yè)級(jí),河北鵬達(dá)化工材料有限公司;TAIC交聯(lián)劑:工業(yè)級(jí)(純度>98%),湖南震遠(yuǎn)化工原料公司;KH-590、KH-792:工業(yè)級(jí)(純度99%),湖南中億化工材料有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

RMXJ雙行星動(dòng)力混合攪拌機(jī),江蘇魯米智能裝備制造有限公司;WDW-D型數(shù)顯拉力試驗(yàn)儀,山東文騰測(cè)試儀器有限公司;FRD-A邵氏A型硬度計(jì),廣東富瑞達(dá)儀器科技有限公司;AP-UV3-2型紫外線老化測(cè)試箱,廣東愛(ài)佩試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 硅酮密封膠試樣制備

以3∶1比例將107基礎(chǔ)膠和甲基硅油加入行星混合攪拌機(jī),高速攪拌20 min預(yù)混,于120 ℃將超微細(xì)碳酸鈣和重鈣烘干2 h與預(yù)混料均勻混合(填料與預(yù)混料重量比為1∶1)。再依次加入適量配比的催化劑、TAIC交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑持續(xù)攪拌混合20 min,完成硅酮密封膠試樣地制備。

1.4 測(cè)定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

(1)表干時(shí)間:按GB/T13477.5—2017測(cè)定;

(2)固化時(shí)間:按ASTM D 5893—2004測(cè)定;

(3)硬度:按GB/T531—2008測(cè)定;

(4)拉伸強(qiáng)度:按GB/T 13477.8—2002測(cè)定;

(5)粘接強(qiáng)度:按GB/T 13477.10—2002測(cè)定。

(6)斷裂伸長(zhǎng)率:按GB/T 13477.8—2002測(cè)定。

2 建筑施工中硅酮密封膠的應(yīng)用性能分析

在施工過(guò)程中,使用性能較好的密封膠能夠有效延長(zhǎng)幕墻的使用年限,如果密封膠未能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),會(huì)導(dǎo)致幕墻開(kāi)裂甚至剝落等安全事故[6-7]。為此,需要對(duì)硅酮密封膠應(yīng)用性能進(jìn)行具體檢測(cè),以確保施工質(zhì)量。

2.1 硅酮密封膠性能指標(biāo)影響分析

硅烷偶聯(lián)劑具備較強(qiáng)的水解能力和吸附能力,在硅酮密封膠制備過(guò)程中,將密封膠主體與填料混合之后,摻入適量的偶聯(lián)劑,可有助于提升硅酮密封膠的粘合力和耐久力[8]。以性能較好的硅烷偶聯(lián)劑KH-590和KH-792為例,分析2種偶聯(lián)劑對(duì)于硅酮密封膠的影響,結(jié)果如表1所示。

表1 硅烷偶聯(lián)劑 KH-590和KH-792對(duì)硅酮密封膠的性能影響Tab.1 Effect of silane coupling agents KH-590 and KH-792 on the performance of silicone sealant

2.1.1硅酮密封膠表干和固化時(shí)間性能分析

由表1可知,偶聯(lián)劑KH-590與KH-792對(duì)硅酮密封膠的各項(xiàng)性能指標(biāo)產(chǎn)生較大的影響。加入偶聯(lián)劑KH-590的密封膠所用的表干時(shí)間為3.5 h,相比于未加入硅烷偶聯(lián)劑的密封膠試樣縮短了1.5 h。而以KH-792為偶聯(lián)劑的密封膠試樣表干時(shí)間為2 h,相比于未加入硅烷偶聯(lián)劑的密封膠試樣縮短了3 h。與此同時(shí),和未加入硅烷偶聯(lián)劑的密封膠試樣相比,固化時(shí)間分別縮短了7、8.5 h。由此可以說(shuō)明,硅烷偶聯(lián)劑KH-590和KH-792可以使硅酮密封膠有效縮短表干和固化所需時(shí)間。添加KH-590與添加KH-792相比,表干時(shí)間和固化時(shí)間都有所延長(zhǎng),這是因?yàn)镵H-590為單氨基型官能團(tuán)偶聯(lián)劑,比KH-792少了一個(gè)氨基,因此表現(xiàn)能力略有降低。

2.1.2粘接性能分析

硅烷偶聯(lián)劑KH-590和KH-792的添加能夠增強(qiáng)密封膠的粘接能力,2種偶聯(lián)劑的破壞形式全都是內(nèi)聚破壞,其原因是密封膠粘接力的強(qiáng)度大于內(nèi)聚力,故發(fā)生粘接物體或密封膠本身的內(nèi)在損壞[11]。由KH-590作為偶聯(lián)劑所產(chǎn)生的粘接強(qiáng)度為1.05 MPa;由KH-792作為偶聯(lián)劑所產(chǎn)生的粘接強(qiáng)度為1.22 MPa,粘接性能更優(yōu)。

2.1.3力學(xué)性能分析

硅酮密封膠的力學(xué)性能由斷裂伸長(zhǎng)率與拉伸強(qiáng)度數(shù)值來(lái)體現(xiàn)。由表1可以看出,使用硅烷偶聯(lián)劑KH-792的密封膠力學(xué)性能指標(biāo)最高,比未加入偶聯(lián)劑的密封膠試樣分別提高了16.54%和25.69%。由此說(shuō)明,硅烷偶聯(lián)劑KH-792對(duì)于提高密封膠的拉伸強(qiáng)度和韌性效果更好。

硅烷偶聯(lián)劑KH-590與KH-792的摻入對(duì)密封膠硬度的影響如表1所示,均在40上下,可忽略不計(jì)?？傮w而言,添加KH-792硅烷偶聯(lián)劑的硅酮密封膠各項(xiàng)應(yīng)用性能指標(biāo)均表現(xiàn)良好,優(yōu)于其他2種對(duì)照試樣。

2.2 硅烷偶聯(lián)劑KH-792含量確定

通過(guò)上述分析偶聯(lián)劑對(duì)密封膠的性能影響可知,KH-792對(duì)于硅酮密封膠各項(xiàng)性能指標(biāo)改善效果好于KH-590。同時(shí),不同摻量的硅烷偶聯(lián)劑比例對(duì)硅酮密封膠的應(yīng)用性能也會(huì)產(chǎn)生不同的影響,具體如圖1～圖3所示。

圖1 表干與固化時(shí)間對(duì)比

圖2 力學(xué)性能對(duì)比

圖3 粘接強(qiáng)度對(duì)比

由于偶聯(lián)劑的添加對(duì)硅酮密封膠邵氏硬度影響不大,故此可以忽略不計(jì)。由圖1可知,硅酮密封膠表干時(shí)間隨KH-792比例的增加而逐漸縮短。圖2顯示其拉伸強(qiáng)度也隨比例增加而增長(zhǎng),除此之外的其他性能指標(biāo)根據(jù)KH-792摻量不同呈復(fù)雜變化。當(dāng)摻量為1.0%時(shí),總體性能指標(biāo)表現(xiàn)較好,結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本綜合考慮,選取KH-792摻量為1.0%時(shí)為最佳配制比例。

2.3 防水性能分析

建筑用密封膠由于經(jīng)常受到雨水和高濕度天氣影響,使其遭受到的損害難以復(fù)原。一般而言吸水越慢,吸水率越低說(shuō)明密封膠水解性能較好,防水能力越強(qiáng)。以1.0%硅烷偶聯(lián)劑KH-792為最佳摻量配制硅酮密封膠,與市面常用的建筑用聚硫密封膠、聚氨酯密封膠進(jìn)行防水性能的對(duì)比[12],結(jié)果如圖4所示。

圖4 防水性能對(duì)比

由圖4可知,3種密封膠的吸水率隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而呈上升狀態(tài)。當(dāng)浸水時(shí)間為60 h時(shí),聚硫密封膠吸水率已到達(dá)16.9%,聚氨酯密封膠吸水率為14.2%;而硅酮密封膠在浸水60 h后的吸水率為9.6%,比聚硫密封膠和聚氨酯密封膠的吸水率分別降低了43.2%和32.4%,具有較強(qiáng)的防水性能。

2.4 抗紫外線老化性能分析

日光暴曬及高溫是影響密封膠耐久性能的主要原因,對(duì)3種密封膠紫外線影響下的粘接性能進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,從而分析密封膠的抗紫外線老化性能[13]。將聚硫密封膠、聚氨酯密封膠與硅酮密封膠試樣分別放置于50 ℃的紫外線老化試驗(yàn)箱中,試驗(yàn)箱中共布置6只紫外光源,總體輻照度為3 000～3 500 μW/cm2,分別在第7、14、21和28 d時(shí)進(jìn)行粘接強(qiáng)度檢測(cè),結(jié)果如圖5所示。

圖5 紫外線老化試驗(yàn)對(duì)比

由圖5可知,紫外線老化試驗(yàn)時(shí)間增長(zhǎng)使3種密封膠的粘接強(qiáng)度逐漸減弱[14]。在紫外光老化試驗(yàn)進(jìn)行至第28 d時(shí),聚硫密封膠粘接強(qiáng)度為0.63 MPa,聚氨酯密封膠粘接強(qiáng)度為0.59 MPa,粘接強(qiáng)度受到較大影響。而硅酮密封膠在試驗(yàn)進(jìn)行到21 d以后粘接強(qiáng)度的衰減速度逐漸緩慢,這是由于硅酮密封膠的主劑為107膠,其化學(xué)分子鏈結(jié)構(gòu)鍵能大于紫外線輻照強(qiáng)度,在高溫的作用下提高了其熱降解性能,相對(duì)穩(wěn)定性較高,在紫外線老化試驗(yàn)的第28 d時(shí)粘接強(qiáng)度為0.68 MPa,比聚氨酯密封膠和聚硫密封膠分別提高了7.93%和15.25%,抗紫外線老化性能優(yōu)良。

2.5 抗腐蝕性能分析

建筑幕墻施工過(guò)程中,密封膠直接附著于基材上,根據(jù)環(huán)境和粘接材質(zhì)的不同造成密封膠腐蝕變質(zhì),導(dǎo)致幕墻損壞或者脫落[15]。將聚硫密封膠、聚氨酯密封膠和本文研究的硅酮密封膠試樣置于溫度(40±1)℃的鹽霧測(cè)試箱中,氯化鈉溶液濃度為5%,鹽霧測(cè)試箱沉降量為1.5 mL/(80 cm2·h),測(cè)試時(shí)間為16 h,試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 抗腐蝕性能測(cè)試Tab.2 Corrosion resistance test

密封膠在固化后,鹽霧腐蝕會(huì)對(duì)膠體的拉伸強(qiáng)度和膠體表面造成不同程度影響。由表2可知,在鹽霧腐蝕16 h后,硅酮密封膠的拉伸強(qiáng)度分別高出其他兩種密封膠22.45%和13.2%,腐蝕面積減少了64%和47%,抗腐蝕性能高于聚硫密封膠和聚氨酯密封膠。

綜上所述,通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比,證明了硅酮密封膠的防水性能、抗紫外線老化性能和抗腐蝕性均存在一定優(yōu)勢(shì),在建筑幕墻施工中具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)分析了硅酮密封膠由于偶聯(lián)劑KH590和KH-792的加入,表干和固化時(shí)間、力學(xué)和粘接性能指標(biāo)所產(chǎn)生的變化;

(2)采用硅烷偶聯(lián)劑KH-792摻量為1.0%為最佳制備比例,通過(guò)測(cè)試表明硅酮密封膠各項(xiàng)應(yīng)用性能符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn);

(3)由試驗(yàn)結(jié)果可知,硅酮密封膠在建筑施工中的防水性、抗紫外線老化性和耐腐蝕性均高于市面其他密封膠產(chǎn)品。