建筑外墙填缝改性硅酮密封胶应用研究

赵新胜

(江西应用科技学院，江西 南昌 330100)

0 引 言

建筑外墙填缝密封胶直接影响建筑外墙的水密性、气密性、隔声性和抗风压性[1-2]，对建筑外墙密封起重要影响，是土木建筑外墙系统的重要组成部分[3]。聚氨酯密封胶和硅酮密封胶是目前普遍使用的外墙填缝密封胶[4]。虽然硅酮密封胶的耐候性较好，具有较高的使用性能，但其在应用过程中有一定概率出现建筑外墙板缝开裂或漏水等问题[5-6]，且硅酮密封胶使用过程中硅油外渗污染建筑物，维修过程中外渗的硅油发挥脱模剂功能[7]，在一定程度上造成硅酮密封胶与建筑基材粘结的可靠性下降，对使用造成不利影响。基于此，研究改性硅酮密封胶(也称为MS 密封胶)成为改善硅酮密封胶性能的重要途径[8]。

目前，很多学者对改性硅酮密封胶进行了研究，并取得了一定研究成果。马杰和付云芝[9]研究了锌粉改性硅酮密封胶吸水性及抗水渗透性，以107 胶为基础，制备了含有不同质量分数锌粉的硅酮密封胶，并分析密封胶的吸水性、抗水渗透性以及锌粉在胶中的化学变化，以锌粉提高改性硅酮密封胶的性能。罗志等[10]研究了二氧化钛改性硅酮建筑密封胶，利用水性苯丙乳液作为基料，气相白炭黑作为填料制备抗菌防污型硅酮建筑密封胶，密封胶的性能有一定改善。王娇玉等[11]研究了水性纳米硅改性苯丙硅酮建筑密封胶，以水性苯丙乳液为原料，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷为偶联剂，加入纳米硅进行接枝共聚，再与其它物质进行物理共混制成了环保型水性纳米硅改性HY-308 硅酮建筑密封胶，经测试具备一定的环保性能。

尽管以上学者都对改性硅酮密封胶进行了研究，但目前研究的改性硅酮密封胶存在性能较低、无法在建筑外墙填缝中得到更有效的利用等问题。本文利用硅氧烷改性聚醚S810(MS 预聚体)作为主要原料，使用增塑剂、触变剂、气相二氧化硅等原料制备主剂；再混合制备固化剂，按比例将主剂与固化剂进行混合并添加适量色浆，制成改性硅酮密封胶，通过实验测试了制备的建筑外墙填缝改性硅酮密封胶的应用性能，其具有一定的应用前景。

1 试 验

1.1 主要原材料与仪器设备

1.1.1 原材料

硅氧烷改性聚醚S810(MS 预聚体)：工业级，南通辰润化工有限公司；增塑剂：二丙二醇二苯甲酸酯(DPGDB)，工业级，广州远达新材料有限公司；气相二氧化硅：HDKV15A，工业级，无锡金鼎隆华化工有限公司；填料：活性碳酸钙(2TJI)、重质碳酸钙(1250 目)，工业级，阳山县源丰粉体材料有限公司；触变剂：聚酰胺类化合物(聚酰胺蜡)，工业级，杭州和盟化工有限公司；抗氧剂：2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，工业级，攀花化学(上海)有限公司；光稳定剂：2-(2'-羟基–3'，5'-二叔丁基苯基)苯并三唑，工业级，常州新策高分子材料有限公司；催化剂：RHCY，工业级，山东锐海环境科技有限公司；月桂氨：工业级，南通永乐化工有限公司。

1.1.2 仪器设备

双行星动力混合机：10L，ROSS，南昌海源机床有限公司；电动搅拌器：200 W，上海力辰仪器；温度控制器：0～200 ℃，精度0.1 ℃，安科瑞电气股份有限公司；天平：称量范围5 kg，精度0.1 g，绍兴景迈仪器有限公司；黏度计：博勒飞锥板黏度计。

1.2 胶样制备

(1)主剂制备：按照m(MS 预聚体)∶m(活性碳酸钙)∶m(增塑剂)∶m(重质碳酸钙)∶m(触变剂)∶m(气相二氧化硅)∶m(光稳定剂)∶m(抗氧剂)=30∶29∶20∶15∶2∶2∶1∶1 的比例加入反应釜内。利用双行星动力混合机搅拌混合物，搅拌时间约60 min，搅拌至混合物均匀后再高速分散。出样检测触变性，检测结果合格后进行包装。

(2)固化剂制备：按照m(增塑剂)∶m(催化剂)∶m(月桂氨混合)=75∶20∶5 的比例混合在四口瓶内，在室温下利用双行星动力混合机对混合物进行搅拌，搅拌时间约30 min，出样包装。

按照m(主剂)∶m(固化剂)=10∶1 的比例进行混合，同时添加适量色浆，混合均匀后制成建筑外墙填缝改性硅酮密封胶。

1.3 性能测试

剥离粘结性：采用深圳纵横科技有限公司产GMT4304 型万能拉力试验机，依据GB 16776—2010《建筑用硅酮结构密封胶》进行测试。

拉伸粘结性：依据GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料试验方法 第8 部分：拉伸粘结性的测定》进行测试。

浸水后拉伸粘结性能：依据GB/T 13477.9—2017《建筑密封材料试验方法 第9 部分：浸水后拉伸粘结性的测定》进行测试。

水-紫外线辐照后定伸性能：采用郑州惠冕材料科技有限公司产SZW-3 型水-紫外线辐照控制仪，依据JG/T 485—2007《建筑窗用弹性密封胶》进行测试。

硬度：采用上海市六菱仪器厂产LX—A 型橡胶硬度计，依据GB/T 531.1—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第一部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行测试。

挤出性：采用上海泊睿科学仪器有限公司产BR-Cell-APT硅胶挤出性试验装置，依据GB/T 13477.3—2017《建筑密封材料试验方法 第3 部分：使用标准器具测定密封材料挤出性的方法》进行测试。

表干时间：依据GB/T 13477.5—2017《建筑密封材料试验方法 第5 部分：表干时间的测定》进行测试。

下垂度：采用选取万能拉力试验机，依据GB/T 13477.6—2002《建筑密封材料试验方法 第6 部分：流动性的测定》进行测试。

断裂伸长率与拉伸强度：采用万能拉力试验机，依据GB/T 13477.8—2017 进行测试。

2 实验结果与分析

2.1 改性硅酮密封胶的表观性能(见表1)

由表1 可见，制备的改性硅酮密封胶的外观满足防水、密封、防泄漏、隔热等要求，消黏性能与触变性能均较好，胶体挤出性较高，在实际应用过程中手感较轻，具有较好的施工操作性能。同时，改性硅酮密封胶的拉伸强度为1.4 MPa、断裂伸长率为571%、硬度为32，表明其模量相对较低，并具备高位移能力。改性硅酮密封胶撕裂强度达到9.4 N/mm，说明密封胶在实际应用过程中受外界环境因素影响出现局部撕裂后，撕裂区域裂口不易扩大，具有良好的施工性能。

表1 改性密封胶的各项表观性能测试结果

2.2 MS 预聚体用量对改性硅酮密封胶性能的影响

MS 预聚体是改性硅酮密封胶制备的主要原料，其用量会对改性硅酮密封胶的性能产生决定性的影响。本文分析MS 预聚体用量对改性密封胶性能的影响，结果见表2。

表2 MS 预聚体用量对改性密封胶性能的影响

由表2 可见，MS 预聚体用量对改性硅酮密封胶的拉伸强度、模量以及断裂伸长率、黏度比等存在决定性影响。随MS 预聚体用量的增加，改性硅酮密封胶的力学性能也逐渐提高，同时改性硅酮密封胶的黏度也有所增大。在MS 预聚体用量低于20%和高于30%的条件下，所制备的改性硅酮密封胶在施工过程中容易出现流挂拉丝现象和黏度过大施工困难现象。为此，在整体考虑改性硅酮密封胶的性能与生产成本的基础上，MS 预聚体用量需要控制在30%左右，以此达到更好的施工效果。

2.3 触变剂类型对改性硅酮密封胶性能的影响

聚酰胺类化合物(聚酰胺蜡)是密封胶制备过程中普遍使用的触变剂，是由二元酸和二元胺通过缩聚反应而制成的低分子量蜡，再通过低温活化制作得到的浆体，其含有丰富的羟基和酰胺基，能形成较强的氢键和网络状结构，从而提高密封胶黏度，在密封胶制备过程中具有十分重要的作用。在目前的聚酰胺类化合物中，进口SLX 与国产D680 比较典型，两者对改性硅酮密封胶性能的影响如图1 所示。

图1 触变剂种类对改性硅酮密封胶性能的影响

从图1 可见，采用进口SLX 和国产D680 制备的改性硅酮密封胶力学性能差异较小，且施工过程中的应用性能差异也较小，因此，考虑到改性硅酮密封胶制备成本问题，选取国产D680 作为实验触变剂。

2.4 改性硅酮密封胶的耐老化性能

由于研究的改性硅酮密封胶主要应用于建筑外墙填缝，因此研究改性硅酮密封胶对不同基材的拉伸粘结性具有重要意义。对比制备的改性硅酮密封胶与市售的聚氨酯密封胶、硅酮密封胶在不同老化处理(室温下处理和水-紫外处理)条件下对不同基材的拉伸粘结性，结果见表3。

表3 不同密封胶老化后对基材的拉伸粘结性

由表3 可见：

(1)在室温老化处理的条件下，改性硅酮密封胶和市售的硅酮密封胶应用在以水泥块为主的建筑外墙填缝时，拉伸强度分别为0.55、0.59 MPa，而聚氨酯密封胶的拉伸强度为0.54 MPa；改性硅酮密封胶和硅酮密封胶的破坏形式均为内聚破坏，而聚氨酯密封胶的破坏形式为界面破坏。

(2)水-紫外老化处理的条件下，改性硅酮密封胶和硅酮密封胶的破坏形式依旧为内聚破坏，且2 种密封胶的拉伸强度、断裂拉长率与破坏形式与室温老化条件下相比均未出现显著波动，说明制备的改性硅酮密封胶和市售硅酮密封胶耐久性较好。而聚氨酯密封胶在经水-紫外老化处理后的拉伸强度、断裂拉长率与破坏形式与室温老化条件下相比，差异性更为显著。

(3)聚氨酯密封胶在老化后性能显著下降，伸长率大幅降低、模量大幅提升，说明聚氨酯密封胶弹性降低，界面完全破坏，无法达到实际应用需求，说明聚氨酯密封胶的耐候性较差，不适合长期使用。

综合可知，制备的改性硅酮密封胶耐候性较高，更适合应用于建筑外墙填缝中。

2.5 不同填料比对改性硅酮密封胶表干时间和固化时间的影响(见图2)

图2 填料比对改性硅酮密封胶表干时间和固化时间的影响

从图2 可以看出：

(1)随着填料比的增大，制备的改性硅酮密封胶表干时间持续缩短，在填料比达到28%时，表干时间仅约为1.5 h。

(2)随着填料比的增大，改性硅酮密封胶的固化时间持续延长，但幅度并不显著。

综合表干时间与固化时间可得，制备的改性硅酮密封胶中填料比设定为29%时符合实际应用需求。

3 结 论

为提高建筑外墙的水密性、气密性、隔声性和抗风压性，研究了建筑外墙填缝改性硅酮密封胶的应用，以硅氧烷改性聚醚S810 为主要原料，结合其他原料制备改性硅酮密封胶。制备的改性硅酮密封胶性能显著提高，消黏性能与触变性能均较好、挤出性较高，模量相对较低，并具备高位移能力，符合实际建筑外墙填缝应用需求，具有一定的实际应用价值。