陶土尾矿粉为填料的硅烷改性聚醚密封胶的制备及其性能研究

喻劲军,王涵,薛俊东,唐秀平,,3

（1．广东金意陶陶瓷集团有限公司，佛山 528000；2.珠海科技学院 应用化学与材料学院，珠海 519040；3.武汉理工大学 材料科学与工程学院，武汉 430070）

1 前言

在低碳大环境的背景下，绿色建筑是建筑行业转型升级的主要方向。装配式建筑成为了建筑行业的热门。组件组合后的密封对装配式建筑至关重要。目前，应用于装配式建筑中的密封胶主要有三种类型，分别是聚氨酯类、硅酮类和硅烷改性聚醚类。聚氨酯类密封胶由于有游离的异氰酸酯存在，使用后在固化过程中易产生气泡，使其力学性能收到影响，因此限制了它的适用范围。硅酮类密封胶相比于其他两类密封胶，使用时间久了会有硅油产生，其粘结性受到影响，因此其耐久性差，可涂饰性较差，同时建筑物表面的美观程度也会受到影响。相比于聚氨酯密封胶和硅酮密封胶，硅烷改性聚醚密类的密封胶使用过程中没有气体产生，不会有硅油溢出，更绿色环保，展现出良好的力学性能，涂饰性能以及耐污性能等优点，逐渐成为国内外新型密封胶的主要发展方向之一。

本文利用陶土尾矿粉为填料，制备硅烷改性聚醚密封胶。研究了陶土尾矿粉的添加量对密封胶力学性能的影响，以及在胶体中的分散情况。

2 实验

2.1 实验药品与仪器

实验所用药品：端硅烷基聚醚预聚物，钟化贸易（上海）有限公司；聚丙二醇（PPG3000），N-2-(氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH792），二月桂酸二丁锡阿拉丁生物科技有限公司

实验仪器：双行星搅拌机（TXJ-0.5），万能拉力试验机（AL-7000s），电子天平（TM-EXA2003H），扫描电子显微镜（MIRA）

2.2 实验过程

2.2.1 陶土尾矿粉的预处理

将陶土尾矿粉填料用筛子进行过筛处理，其余无法过筛的颗粒状尾矿粉填料重复研磨，继续过筛，重复上述步骤直至全部尾矿粉填料过筛完成。将过筛好的尾矿粉于真空干燥处理3 h，随后倒入密封袋中待用。

2.2.2 陶土尾矿粉填充硅烷改性聚醚密封胶的制备

将100 g 的硅烷改性聚醚（MS） 预聚物，55 g PPG3000，90 g 预处理的陶土尾矿粉（相对于MS 为90 phr）加入双辊行星搅拌机中，于100 ℃真空条件下，以50 rpm/min 的速度搅拌预混合1 h。

冷却至室温后加入2.5 g KH792，1.5 g 二月桂酸二丁锡，真空搅拌30min，随后出料，倒入模具待用。

与上述方法一致，分别制备80 php、100 php、120 php、140 php、160php 和180 php 陶土尾矿粉含量的硅烷改性聚醚密封胶。此外，将不含填料的纯硅烷改性聚醚密封胶作为空白组。

2.2.3 密封胶性能测试

取出制备好的试片制成哑铃形样条，按GBT528-2009 中的方法，利用电子拉力机进行测试。

按GBT531.1-2008 方法，使用邵氏A 硬度计测试样品的硬度值。

将不同含量的陶土尾矿粉填充制备的硅烷改性聚醚密封胶的样条在液氮中脆断，采用扫描电子显微镜（SEM）对填料的分散形貌进行观察。

3 结果与分析

3.1 陶土尾矿粉填充硅烷改性聚醚密封胶力学性能

3.1.1 填料在基胶中的分散情况

为了研究陶土尾矿粉在密封胶中的分散情况，对各个填充胶的脆断面形貌采用扫描电镜进行观察。结果如图1 所示。从SEM 的照片可以看出无论陶土尾矿粉填充是低含量还是高含量，其密封胶基体和陶土尾矿粉填充粒子之间都呈现出较为模糊的界面，这说明陶土尾矿粉填充粒子与硅烷改性聚醚密封胶之间具有较好的界面粘合作用从而改善了两者的界面形貌。

图1 不同量陶土为矿粉在硅烷改性聚醚密封胶中的SEM 图(a:80 php、b:100 php、c:120 php、d:140 php、e:160php、f:180 php)

3.1.2 对密封胶拉伸强度的影响

不同量的陶土尾矿粉填充对密封胶的拉伸强度如图2 所示。

图2 不同含量陶土尾矿粉填充的硅烷改性聚醚密封胶的最大拉伸应力图

从图2 反映出陶土尾矿对硅烷改性聚醚密封胶的最大拉伸应力的影响随其含量增加先增大后减小。由于无填充的硅烷改性聚醚密封胶的最大力为0.11MPa，当加入80php 陶土尾矿粉，其填充胶的最大拉伸应力提高到0.39MPa，继续增加陶土尾矿粉填充量，最大拉伸应力也随之相应增加；当填充的陶土尾矿粉的含量达到140php（重量比）时，其制备的硅烷改性聚醚密封胶的最大应力为1.0 MPa，几乎是无填充的硅烷改性聚醚密封胶的10 倍，而继续增加填料，其最大拉伸应力有所下降。

3.1.3 对密封胶拉断裂伸长率的影响

不同量的陶土尾矿粉填充对密封胶的断裂伸长率的影响如图3 所示。

图3 不同含量陶土尾矿粉填充的硅烷改性聚醚密封胶的断裂伸长率图

断裂伸长率也随着陶土尾矿粉含量的增加先增大后减小。当填充的陶土尾矿粉含量为120php 时，其制备的硅烷改性聚醚密封胶的断裂伸长率达到1148%，几乎是无填充的硅烷改性聚醚密封胶的6 倍，然而，当继续增加陶土尾矿粉的填充量到160 php 时，断裂伸长率大大下降，从1148%降低至675%。从这些力学性能的数据分析可知，陶土尾矿粉具有明显的补强作用，并且含量的变化对陶土尾矿粉在硅烷改性聚醚密封胶中补强作用有着重要的影响。

3.1.4 对密封胶的硬度的影响

不同量的陶土尾矿粉填充对密封胶硬度影响如图4所示。

图4不同含量陶土尾矿粉填充的硅烷改性聚醚密封胶的邵氏硬度

从图4 中可以看出，随着陶土尾矿粉用量增加，所得到的硅烷改性聚醚密封胶的硬度增加。可通过加入填料组分的份数判断出材料的硬度大小, 用来指导实际工业化生产。对于整个密封胶交联体系来说,经有填料也起着活性交联点的作用,增加填料的用量,相当于增加了整个体系的活性交联点, 从而增大了密封胶的交联密度最终导致随着填料用量的增大,密封胶的硬度不断增大。

4 结论

（一）无论陶土尾矿粉的添加量是高或是低，其与密封胶直接都呈现出较为模糊的界面，与密封胶基体具有较好的界面粘合作用。

（二）陶土尾矿填充的硅烷改性密封胶最大应力可达无填充硅烷改性密封胶的10 倍，断裂伸长率可达3 倍。

（三）随着陶土尾矿粉用量增加，所得到的硅烷改性聚醚密封胶的硬度增加。可通过加入填料组分的份数判断出材料的硬度大小，用来指导实际工业化生产。