气相法二氧化硅对中性透明硅酮密封胶性能的影响

吴健涛 陈炳耀 姚荣茂 全文高

摘 要：优选端羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）为基胶，以气相法二氧化硅调节补强效果，最后搭配适量的增塑剂、交联剂、催化剂等功能型助剂，研制出一种综合性能优异的中性透明硅酮密封胶。试验中研究了补强填料气相法二氧化硅的比表面积性能、工艺份量、干燥效果以及生产工艺顺序对中性透明硅酮密封胶性能的影响。研究发现，选用挥发量0.5%、比表面积150m/m2/g的气相法二氧化硅30份，工序顺序上需先混合107硅橡胶与甲基硅油，然后依次加入甲基三乙酰氧基硅烷和气相法二氧化硅，在粉体熔化后最后加入二月桂酸二丁基锡，按此配方所制得的中性硅酮密封胶外观光滑细腻、触变性能优异，拉伸强度、拉断伸长率等均符合GB/T14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》标准。

关键词：气相法二氧化硅;比表面积;挥发量;性能研究;硅橡胶制备

0 前言

气相法二氧化硅俗称为气相二氧化硅，是卤硅烷经过氢氧火焰高温后水解而成的一种超微细纳米级粉末原料。它不仅具有粒径小、比表面积大、表面活性高等化学特性，而且具备良好的分散性、触变性和增稠、补强效果，它不仅是室温硫化硅橡胶最好的补强填料，同时也是可以广泛运用到工业行业上的无机纳米粉体材料。虽然中性硅酮密封胶配方中添加适当的气相二氧化硅，可以有效的增强密封胶拉伸强度、拉断伸长率等力学性能，迅速发挥出优异的补强效果，但气相法二氧化硅比表面积、挥发量等性能选择不当，可能造成密封胶贮存周期缩短、外观粗糙等问题，且过量添加还会造成膠液增稠、操作性差等施工问题。本试验通过对填料气相法二氧化硅的比表面积、工艺量、挥发量以及工艺顺序对中性硅酮密封胶性能的影响，以期为硅酮胶企业研发和生产提供借鉴依据。

1 试验部分

1.1 主要原料

黏度80000MPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶），蓝星公司江西星火有机硅厂;黏度350MPa·s二甲基硅油，道康宁有机硅有限公司;A-150、A-200、A-250、A-300、A-380气相法二氧化硅，山东东岳有机硅材料股份有限公司;D-10甲基三乙酰氧基硅烷、D-80二月桂酸二丁基锡，湖北新蓝天新材料股份有限公司。

1.2 仪器与设备

LXDLH-50双行星搅拌机，常州龙鑫智能装备有限公司;WDW-D系列电子万能试验机：CMT4304，济南恒思盛大仪器有限公司;ZS-406A气动切片机，东莞市卓胜机械设备有限公司;YHG-9055A鼓风干燥箱，上海姚氏仪器设备厂;EX-B系列精密电子天平，天津市德安特传感技术有限公司。

1.3 密封胶制备

首先按照工艺单数量，分别将羟基封端聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）、二甲基硅油添加到LXDLH-50双行星搅拌机拉缸内，打开真空并开始搅拌;5min后加入D-10甲基三乙酰氧基硅烷，同样在真空状态下搅拌，直至上述材料全部搅拌均匀。然后卸掉真空压力，在高速搅拌条件下加入气相法二氧化硅，加完后持续高速搅拌20min。最后一步加入D-80二月桂酸二丁基锡催化剂，打开真空并开启搅拌，10min后即可出料装桶备用。

1.4 性能测试

外观：参照GB/T14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》标准，挤出少量试样在空白A4纸上，纸张对折后用滚筒来回轻轻碾压，最后掀开纸张观察纸面的胶料是否有颗粒。

触变性：按照GB/T16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》标准，将胶条挤出到塑料软膜上，24h后胶条保持圆柱不变形，表明密封胶的触变性良好，反之就是触变性不合格。

表干时间：按照GB/T13477.5-2017《建筑密封材料试验方法：表干时间的测定》进行测试，用手指端部轻轻接触密封胶样品上不同部位，记录手指上无粘附试样所需的时间。

拉伸强度、断裂伸长率：按照GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》方法，用拉力试验机将哑铃状或工字环状标准试片进行拉伸测试。

2 结果与讨论

2.1 气相法二氧化硅比表面积对密封胶性能的影响

气相法二氧化硅是一种超微细纳米级材料，生产过程是使用硅的氯化物通过氯氧焰来燃烧进行高温气相水解而成，由于生产路线或生产工艺的差异，气相法二氧化硅比表面积大小也各有差异。比表面积大小与羟基含量密切相关，试验过程中选用了5种不同比表面积的气相法二氧化硅制样，旨在验证比表面积对密封胶性能的影响，试验数据见表1。

从表1可以看出，当气相法二氧化硅的比表面积逐渐增大时，密封胶的拉伸强度、表干时间也在不断增加，但是拉断伸长率、外观效果下降;这是因为随着比表面积的增大，气相法二氧化硅表面羟基含量也不断增多，有效的加固了羟基封端聚二甲基硅氧烷与气相法二氧化硅粒子之间的结构，致使密封胶拉伸强度性能上升、拉断伸长率下降。但当比表面积高于200m2/g时，过量的羟基会给二氧化硅分散增加困难，胶液严重增稠不利于施工使用。结合密封胶外观、性能等实用需求，本试验最终选择比表面积150m2/g的气相法二氧化硅作为中性透明硅酮密封胶的补强填料。

2.2 气相法二氧化硅用量对密封胶性能的影响

气相二氧化硅是中性透明硅酮密封胶很好的补强填料，少量加入即可迅速发挥补强效果增强密封胶拉伸强度、拉断伸长率等力学性能。未添加气相法二氧化硅补强填料的密封胶触变性、力学性能都不达标，实用领域和作用有限;过量添加气相二氧化硅会增加分散难度，直接影响到胶浆外观。因此研究气相法二氧化硅用量对密封胶性能的影响，试验中选择了4中不同用量的密封胶测试，检测结果见表2。

从表2数据可以看出，未添加气相法二氧化硅的密封胶拉伸强度、断裂伸长率等力学性能较差，无法满足密封胶的实际需求;当气相法二氧化硅加入15份时，密封胶的胶料的拉伸强度、断裂伸长率逐渐提升，但触变性依然很差;当气相法二氧化硅添加量达到30份时，密封胶的触变性、拉伸强度、拉断伸长率以及外观都表现优异。同时可以看出，当气相法二氧化硅用量达到45份时，密封胶的各组分分散性变差，所制密封胶外观粗糙、有颗粒。试验表明，气相法二氧化硅用量必须合理控制，最佳配方量为30份。

2.3 物料加入顺序对密封胶性能的影响

中性透明硅酮密封胶是常见的室温硫化硅橡胶之一，各种物料的添加顺序对密封胶的操作性能和力学性能均有一定的影响。为研究出密封胶性能较佳的生产物料顺序，试验比较了3种加料顺序方案：1）107硅橡胶、甲基三乙酰氧基硅烷、甲基硅油、二氧化硅、二月桂酸二丁基锡;2）107硅橡胶、甲基硅油、甲基三乙酰氧基硅烷、二氧化硅、二月桂酸二丁基锡;3）107硅橡胶、甲基硅油、二氧化硅、甲基三乙酰氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡。按照上述3中物料添加顺序分别制得密封胶的性能结果见表3。

从表3数据可以看出，若在二氧化硅后面加交联剂甲基三乙酰氧基硅烷，所制密封胶胶料完全无法成型，是因为在二氧化硅之后加入的交联剂，破坏了二氧化硅与107硅橡胶所形成的网状结构，最终造成密封胶触变性丧失无法成型。同时可以看出，方案1和方案2顺序制备的密封胶性能基本相似，但方案2的密封胶外观上表现更优异，胶条表面光滑细腻。结合密封胶性能需求，本试验最终选择方案2的物料添加顺序制备密封胶。

2.4 气相法二氧化硅挥发量对密封胶性能的影响

挥发量又称为干燥减量，即气相法二氧化硅烘烤过程挥发后减少的量。气相法二氧化硅是非常容易回潮的材料，挥发量越大表面材料中的水分越多。为了验证气相法二氧化硅挥发量对密封胶性能的影响，试验过程分别取用5个挥发量不同的气相法二氧化硅，所制成的密封胶性能如表4所示。

从表4数据可以看出，随着气相法二氧化硅挥发量从0.5%增到1.5%，密封胶的触变性、拉伸强度、断裂伸长率均无明显差异;与此同时，胶液的外观逐渐从光滑变成严重粗糙，密封胶的表干时间也在迅速缩短。这是因为挥发量越大的气相法二氧化硅水分越多，大量的水分参与到密封胶的缩合反应，迅速缩短了密封胶的表干时间和贮存期限，更有甚者直接在密封胶生产过程中已经局部形成凝胶，密封胶外观变得粗糙并出现颗粒。所以，气相法二氧化硅在使用过程中必须经过高温烘烤，确保其选挥发量控制在0.5%以内，方能保障好密封胶的综合性能。

3 结论

（1）中性透明硅酮密封胶填料选择中，气相法二氧化硅的比表面积优选150 m2/g，表笔面积过大会增加二氧化硅分散难度，造成胶液表面粗糙、表干时间延长，影响实际使用。

（2）未添加气相法二氧化硅補强填料的密封胶触变性、力学性能都不达标，过量添加同样增加二氧化硅分散性变差，表干太快增加操作难度。试验结果发现，气相法二氧化硅添加量以30份最佳。

（3）密封胶制备过程物料添加顺序尤为重要，二氧化硅必须在甲基三乙酰氧基硅烷后加入，且按照107硅橡胶、甲基硅油、甲基三乙酰氧基硅烷、二氧化硅、二月桂酸二丁基锡顺序加料，所制密封胶综合性能更优异。

（4）气相法二氧化硅挥发量对密封胶的外观、贮存周期影响比较大，气相法二氧化硅极易吸潮，在使用前必须经过高温、长时间烘烤，保证挥发量在0.5%以下方可使用。

参考文献：

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作者简介：吴健涛（1989-），男，广东中山人，中专，助理工程师，主要从事胶粘剂研发与生产质量监控工作。