建筑外墻保溫板接縫專用改性聚醚密封膠制備及特性研究

摘 要：為提升建筑外墻保溫板的使用壽命，制備裝配式建筑外墻保溫板接縫用改性聚醚密封膠，并通過試驗(yàn)分析該密封膠性能。以封端硅烷偶聯(lián)劑和異腈酸酯基硅烷作為改性劑，聚醚元醇作為基料制備改性聚醚密封膠，應(yīng)用在裝配式建筑外墻保溫板接縫中。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試該密封膠的表觀性能，研究養(yǎng)護(hù)時間、紫外光照對該密封膠的粘接強(qiáng)度影響，分析催化劑和填料用量對于該密封膠表觀性能與拉伸性能影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，該密封膠表觀性能符合標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)護(hù)7 d后粘接性能基本穩(wěn)定，催化劑用量20%，填料用料30%時表觀性與拉伸性能最好。

關(guān)鍵詞：建筑外墻；保溫板接縫；改性聚醚；密封膠；粘接強(qiáng)度

中圖分類號：TQ436+.6;TU57+8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0045-04

Study on the preparation and properties of modified polyether sealant for the joint of external wall insulation board of prefabricated building

LIU Guanrong

（Shanghai Sibo Vocational and Technical College，Shanghai 201300，China

）

Abstract：To improve the service life of building exterior wall insulation panels，modified polyether sealant was prepared for the joints of prefabricated building exterior wall insulation panels，and the performance of the sealant was analyzed through experiments.A modified polyether sealant was prepared using terminated silane coupling agent and isocyanate based silane as modifiers，and polyether alcohol as the base material.It was applied to the joints of prefabricated building exterior wall insulation boards.Test the apparent performance of the sealant according to the standard，study the effects of curing time and ultraviolet light on the adhesive strength of the sealant，and analyze the effects of catalyst and filler dosage on the apparent performance and tensile performance of the sealant.The test results show that the apparent performance of the sealant meets the standards，and the bonding performance is basically stable after 7 days of curing.When the catalyst dosage is 20% and the filler material is 30%，the apparent and tensile properties are the best.

Key words：building exterior walls；joint of insulation board；modified polyether；sealant；bond strength

裝配式建筑是指將建筑的各個部分在工廠中預(yù)制好，然后再進(jìn)行現(xiàn)場拼裝［1］。由于該建筑外部的保溫墻也是用裝配方式實(shí)現(xiàn)安裝，但是這種裝配式建造方式會導(dǎo)致保溫墻經(jīng)過長時間使用之后出現(xiàn)較多裂縫，這些裂縫如果沒有得到妥善處理，將會導(dǎo)致保溫墻出現(xiàn)發(fā)潮、脫落的情況出現(xiàn)［5］。為改善這一問題通常會使用密封膠涂覆在保溫層與外墻之間，發(fā)揮防潮和防水效果。針對密封膠制備的研究較多，張佳陽等學(xué)者提出使用納米SiO2改性苯丙硅酮，制備密封膠，應(yīng)用在裝配式結(jié)構(gòu)的保溫墻上［6］。如應(yīng)用在軌道上的環(huán)氧瀝青填縫劑應(yīng)用在保溫墻上［7］。聚醚密封膠不會釋放有害氣體，同時還能耐高溫、提高撕裂強(qiáng)度，在環(huán)保方面具有較大優(yōu)勢。因此，考慮到聚醚密封膠這些優(yōu)異特性，研究制備裝配式建筑外墻保溫板接縫用改性聚醚密封膠，同時通過試驗(yàn)測試，分析改性聚醚密封膠的性能，為今后裝配式建筑外保溫墻的加固提供更多技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 原料與儀器設(shè)備

用于制備改性聚醚密封膠所使用的原材料：

聚醚元醇（工業(yè)級），

邯鄲市叢臺區(qū)鴻泰再

生資源回收有限公司;

異腈酸酯基硅烷（工業(yè)級），

湖北東曹化學(xué)

科技有限公司;

封端硅烷偶聯(lián)劑（工業(yè)級），

浙江沃興曼新材

料科技有限公司;

吸附劑（工業(yè)級），

山西鑫盛源環(huán)保

設(shè)備有限公司;

增塑劑（工業(yè)級），

河北祥豐偉業(yè)

化工有限公司;

納米碳酸鈣（工業(yè)級），

河南恒源鑫騰納米科技有限公司;

催化劑（工業(yè)級），

大連中科本立

科技有限公司。

制備改性聚醚密封膠所用儀器：

NVXJ-5行星式攪拌釜，

上海諾輝工程科技發(fā)展有限公司；

GRT-WS1卡爾費(fèi)休水

分測定儀，

上東格睿電子科技有限公司；

HH-6恒溫水浴鍋，

東莞鴻合試驗(yàn)機(jī)制造有限公司；

LX-A邵氏硬度計，

江蘇天惠試驗(yàn)機(jī)械有限公司；

HH-W420恒溫箱，

常州金壇良友

儀器有限公司;

YK-3660萬能試驗(yàn)機(jī)，

東莞市友科自動化設(shè)備有限公司。

1.2 改性聚醚密封膠制備

1.2.1 預(yù)聚體制備

（1）取潔凈三口燒瓶一只，將一定量［11］的聚醚元醇倒入三口瓶之中，向三口瓶之中通入氮?dú)?，使得三口瓶之中的聚醚元醇出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，之后直接使用酒精燈加熱三口瓶。將三口瓶中的聚醚元醇升溫至130 ℃后，控制三口瓶中的氣壓至-0.1 MPa，待聚醚元醇不再產(chǎn)生氣泡，可確定聚醚元醇完成減壓脫水；

（2）向已經(jīng)完成脫水的聚醚元醇中繼續(xù)通入氮?dú)?，對聚醚元醇進(jìn)行保護(hù)，同時，使三口瓶繼續(xù)保持加熱狀態(tài)，不斷攪拌聚醚元醇，在此條件下向三口瓶中滴加封端硅烷偶聯(lián)劑和異腈酸酯基硅烷，待各個試劑反應(yīng)一段時間后，停止攪拌。測試該混合物之中異腈酸酯基團(tuán)的含量以及羥基基團(tuán)的含量［12］；

（3）繼續(xù)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)混合溶劑，保持溫度不變，按照溶劑總質(zhì)量的0.5%～2%向溶劑之中添加吸附劑，使用攪拌棒持續(xù)攪拌0.5 h，完成溶劑的減壓脫氣。然后對溶劑進(jìn)行壓濾處理，得到處理后的濾液，獲得聚醚密封膠的預(yù)聚體，完成預(yù)聚體制備，并將預(yù)聚體密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 改性聚醚密封膠制備

（1）取一個行星式攪拌釜，將增塑劑和填料（納米碳酸鈣）一同倒入行星式攪拌釜之中，傾倒完成后關(guān)閉行星式攪拌釜并且密封。密封釜自行攪拌，同時幫助攪拌釜升溫至120 ℃，保證攪拌釜中的各個材料實(shí)現(xiàn)高溫脫水。在攪拌釜之中反應(yīng)數(shù)個小時，通過卡爾費(fèi)休水分測定儀確定攪拌釜之中的容積水分含量，如果容積的含水量沒有超過79 mg/L，就可以停止攪拌獲得含水量符合標(biāo)準(zhǔn)的溶劑；

（2）將增塑劑與填料充分混合并完成脫水以后把預(yù)聚體及催化劑等其他助劑也添加至攪拌釜之中，密封攪拌釜并開始攪拌，攪拌30 min，保證各個試劑充分混合以后，從攪拌釜之中倒出已制備的膠體，并置于密封罐之中，完成改性聚醚密封膠的制備。

1.3 改性聚醚密封膠性能測試

1.3.1 表觀性能測試

（1）表干時間測試：

參考GB/T 13477.5—2002標(biāo)準(zhǔn)［13］。按照該標(biāo)準(zhǔn)裁出最接近裝配式墻體與保溫墻的材料試件，將已制備的改性聚醚密封膠涂覆在裝配式墻體與保溫墻材料之間，作為試驗(yàn)樣品，在室溫環(huán)境中將試驗(yàn)樣品靜置養(yǎng)護(hù)一段時間。經(jīng)過一段時間后清潔手指，用指腹分別接觸試驗(yàn)樣品表面位置，檢查接觸之后手指上不再出現(xiàn)密封膠殘料，重復(fù)多次操作，分別記錄時間與殘留情況，直到手指上不會出現(xiàn)密封膠殘留后停止試驗(yàn)；

（2）固化速度測試：以GB/T 32369—2015為標(biāo)準(zhǔn)［14］，取一個固化杯，在室溫環(huán)境下將已制備的改性聚醚密封膠擠注在固化杯的杯壁上。在擠注過程中不可出現(xiàn)氣泡，避免對測試結(jié)果造成影響［15］。待固化杯被改性聚醚密封膠填滿后，使用刮刀將固化杯口處的改性聚醚密封膠刮平。靜置1 d后，從固化杯內(nèi)部取出已經(jīng)固化好的改性聚醚密封膠樣品，并隨機(jī)選擇其中3個點(diǎn)測量膠膜的厚度，計算測量值的平均數(shù)作為最終的厚度數(shù)值，完成固化速度測試；

（3）下垂度測試：以GB/T 13477.6—2017中的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，取已制備的改性聚醚密封膠，將其擠注到用于測量膠體下垂度的專用測試模具中［16］。使用刮刀將模具表面的膠體刮平［17］。將測試樣品放置在試驗(yàn)室的55 ℃環(huán)境下靜置24 h。然后測量改性聚醚密封膠超出模具前端的最大距離，并記錄為密封膠的垂度值；

（4）擠出性能測試：依據(jù)GB/T 13477.3—2017開展測試，室溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)改性聚醚密封膠24 h，取一個聚乙烯筒作為試驗(yàn)工具，將已制備的改性聚醚密封膠擠注至該聚乙烯筒之中，擠注過程確保沒有氣泡［18］。把聚乙烯筒安裝在200 kPa氣壓的膠槍之中，將膠槍中的密封膠打出，經(jīng)過30 s打膠以后停止，稱量打出膠體質(zhì)量，該質(zhì)量與擠膠時間相除，獲得擠出量計算結(jié)果；

（5）邵氏硬度測試：

取一個PE材質(zhì)的模框，將本文制備的改性聚醚密封膠擠注至該?？蛑?，室溫環(huán)境中養(yǎng)護(hù)7 d，使用邵氏硬度計在無氣泡的位置測量該密封膠的邵氏硬度。

1.3.2 紫外老化性能測試

聚醚密封膠粘接在裝配式建筑外墻保溫板接縫處需要接觸自然環(huán)境，長時間接受陽光照射會受到紫外線照射產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致密封膠的分子鏈出現(xiàn)降解及交聯(lián)，導(dǎo)致膠體出現(xiàn)老化。測試過程中取上一階段已養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)樣品，使用紫外熒光老化的方式開展試驗(yàn)，選擇2組同樣的試驗(yàn)樣品，分別紫外老化7、14、21、28、35、42、49 d，測試2組樣品的粘接強(qiáng)度，并且計算平均值。

1.3.3 催化劑用量對密封膠性能影響

在改性聚醚密封膠的制備過程中，需要進(jìn)行濕氣固化。受到催化劑的影響，將催化劑與基料混合時，可能會出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。同時，催化劑使用量的增加也會導(dǎo)致密封膠在儲存過程中黏度增大，從而影響密封膠的表觀性能。因此，選用10%、20%、30%、40%用量的催化劑，對比改性聚醚密封膠的表干時間、實(shí)干時間以及擠出性的變化情況。

1.3.4 填料用量對密封膠性能影響

以納米碳酸鈣為代表的填料會影響密封膠的物理性能，所以研究不同填料用量下，改性聚醚密封膠的斷裂伸長率與拉伸強(qiáng)度變化情況，填料的用量分別為0%、10%、20%、30%、40%。測試過程中參考GB/ 528—2009標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，將不同填料含量的密封膠注入PE?？蛑?，養(yǎng)護(hù)7 d之后使用萬能試驗(yàn)機(jī)按照550 mm/min的速率拉伸各個試驗(yàn)樣品，測試在室溫試驗(yàn)環(huán)境下，已制備的改性聚醚密封膠的斷裂伸長率與拉伸強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 表觀性能測試結(jié)果

經(jīng)過測試獲得制備的改性聚醚密封膠的各項表觀性能，測試結(jié)果與限定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

由表1可知，已制備的改性聚醚密封膠的各項表觀性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，說明所制備的裝配式建筑外墻保溫板接縫用改性聚醚密封膠具有較為良好的密封膠性能。

2.2 紫外老化對粘接性能影響

使用紫外熒光老化處理后的改性聚醚密封膠粘接性能變化情況如圖1所示。

由圖1可知，經(jīng)過紫外老化后，改性聚醚密封膠的粘接強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低逐漸轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的趨勢。這種變化趨勢是由于改性后的密封膠中添加了硅烷偶聯(lián)劑，分子主鏈穩(wěn)定有序，化學(xué)鍵的鍵能比紫外光鍵能更大。因此在紫外老化初期，密封膠之中的活性因子和薄弱鏈段之間發(fā)生較為劇烈的催化反應(yīng)，降低活化因子的數(shù)量，出現(xiàn)較為迅速的粘接性能上升變化。但是養(yǎng)護(hù)后期這種催化反應(yīng)的劇烈程度降低，受到紫外光老化影響，密封膠的粘接強(qiáng)度降低，分子主鏈逐漸穩(wěn)定，粘接強(qiáng)度逐漸轉(zhuǎn)為穩(wěn)定，能夠符合裝配式建設(shè)實(shí)際應(yīng)用的需求。

2.3 催化劑用量對表觀性能影響

催化劑的用量對本文所制備改性聚醚乙烯表觀性能影響情況匯總于表2。

由表2可知，增加催化劑用量能夠改善密封膠表面的黏度，且催化劑用量增加，會縮短該密封膠的表干時間，擠出時間也會隨之減小，這種情況會導(dǎo)致該密封膠不利于儲存，密封膠會出現(xiàn)快速失效。按照標(biāo)準(zhǔn)，密封膠的表干時間不能低于50 min，擠出時間不能低于50 mL/min。因此，綜合表2數(shù)據(jù)可得出，在20%催化劑用量條件下制備改性聚醚密封膠表觀性能最佳。

2.4 填料用量對密封膠性能影響

調(diào)整填料的用量，測試不同填料用量下，制備的改性聚醚密封膠的拉伸性能，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，填料用量增加，制備的改性聚醚密封膠的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率均呈現(xiàn)出明顯上升，這種情況主要是納米碳酸鈣自身的比表面積較大，會在膠體中呈現(xiàn)出均勻分布，同時提升膠體的屈服應(yīng)力，一定程度提升所制備的改性聚醚密封膠的延展性。但是考慮到膠體的其他性能需求，確定填料的用量為30%，此時密封膠性能最佳。

3 結(jié)語

以聚醚元醇作為原料，封端硅烷偶聯(lián)劑和異腈酸酯基硅烷作為改性劑，制備應(yīng)用在裝配式建筑外墻保溫板接縫處的改性聚醚密封膠。通過試驗(yàn)測試該改性聚醚密封膠的表干時間、黏度、下垂度等表觀性能，同時檢驗(yàn)紫外光下、不用養(yǎng)護(hù)時間以及填料等用料變化下，該密封膠的性能。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，所制備的密封膠具有較為良好的表觀性能，耐紫外老化，在填料用量為30%、催化劑用量為20%時，該密封膠的各項性能最好。

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收稿日期：2023-10-16；修回日期：2024-01-12

作者簡介：劉貫榮（1990-），女，碩士，講師，研究方向：BIM技術(shù)及裝配式建筑工程;E-mail：m15801933140@163.com。

引文格式：劉貫榮.

建筑外墻保溫板接縫專用

改性聚醚密封膠制備及特性研究［J］.粘接，2024，51（3）：45-48.