基于成本因素的不同建筑用胶改性及材料控制

摘要：基于成本控制对建筑用胶的设计与应用需求，本文以传统氰酸酯胶粘剂为研究对象，通过在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂的方法，考察了其对建筑用胶热稳定性、粘接性能等影响，并分析了基于成本控制的建筑用胶的应用。结果表明，无论是苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚改性前还是改性后，胶粘剂的红外光谱图中的特征峰位置差异不大，都存在—OH特征吸收峰、—CH3特征峰、—OCN特征峰、C===N特征峰和Cr0特征峰。在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的热稳定性有不同程度增大，焦炭产量有少量增加，表明改性胶粘剂能够保证氰酸酯胶粘剂有良好热稳定性。在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的剪切强度都有不同程度的增大。基于成本控制的建筑用胶的适宜改性剂添加为1%的对苯二酚。

关键词：成本控制；建筑用胶；改性；热稳定性；粘接性能

中图分类号：TQ437+.1文献标志码：A文章编号：1001-5922（2025）01-0008-04

Modification and material control of different building adhesives based on cost factors

BAO Lirong，XU Xia

（Nanjing Tech University Pujiang Institute，Nanjing 211200，China）

Abstract：Based on the design and application requirements of cost control for building adhesives，this paper took traditional cyanate adhesive as the research object，and investigated its influence on the thermal stability and bond-ing properties of building adhesives by adding phenol，hydroquinone，resorcinoland resorcinol to the adhesives，and analyzed the application of building adhesives based on cost control.The results showed that no matter before or af-ter modification of phenol，hydroquinone，resorcinoland resorcinol，there was little difference in the positions of the characteristic peaks in the IR spectra of the adhesive，and there were all the characteristic peaks of—OH absorp-tion，—CH3，—OCN，C===N and Cr0.After adding phenol，hydroquinone，resorcinoland resorcinol to the adhesive，the thermal stability of the adhesive sample increased to different degrees，and the coke yield increased slightly，which indicated that the modified adhesive could ensure the good thermal stability of the cyanate adhesive.After adding phenol，hydroquinone，resorcinol and resorcinol to the adhesive，the shear strength of the adhesive samples increased to different degrees.The suitable modifier for construction glue based on cost control is 1%hydroquinone.

Key words：cost control；construction glue；modified；thermal stability；bonding property

建筑用胶的研发主要集中在环保型建筑用胶的研发和应用，以及技术创新以满足更广泛的建筑需求[1]。随着全球建筑业的持续发展，对建筑用胶的需求不断增长，尤其是在住宅、商业和工业建筑领域[2]。环保意识的提高使得市场对环保型建筑用胶的需求增加，推动了行业对环保型胶粘剂的研发和应用。新型建筑用胶的开发和应用，如高强度、耐候、防水的胶粘剂，满足了更广泛的建筑需求[3]。此外，随着新材料和技术的不断涌现，建筑用胶行业将不断创新，以满足更广泛的建筑需求。随着现代建筑结构对胶粘剂热稳定性和粘接性能要求的提高，需要对传统氰酸酯胶粘剂进行改性处理以提高其使用性能[4-6]。目前，建筑用胶在现代建筑结构中应用较为广泛，存在使用需求量大、使用成本较高等问题[7-8]，为了在不明显增加生产成本的基础上提高建筑用胶的使用性能，本文以传统氰酸酯胶粘剂为研究对象，通过在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂的方法，考察了其对建筑用胶热稳定性、粘接性能等影响，结果将有助于新型建筑用胶的设计与开发，以满足市场的不断变化需求。

1试验材料与方法

1.1材料与设备

材料：双酚A型氰酸酯树脂（99.23%，淄博齐风川润化工有限公司）；苯酚（99.82%，山东强森化工有限公司）；无水乙醇（99.69%，沧州德信生物技术有限公司）；硝酸（99.71%，沧州德信生物技术有限公司）；对苯二酚（99.53%，中国医药集团有限公司）；间苯二酚（99.82%，中国医药集团有限公司）；间苯三酚（99.90%，中国医药集团有限公司）；无水碳酸钠（99.85%，廊坊纳科新材料技术有限公司）；氢氧化钠（99.78%，廊坊纳科新材料技术有限公司）；乙酰丙酮钴（98.93%，廊坊纳科新材料技术有限公司，简称CoAt）。

设备：DF101S型搅拌加热器（常州市中贝仪器有限公司）；105型电热干燥箱（常州市中贝仪器有限公司）；耐驰DSC214型差示扫描量热仪（德国耐驰公司）；Nicolet 550II型红外光谱仪（美国NICOLET公司）；TGA5500热重分析仪（TA仪器公司）；GNT50型微机控制电子拉伸试验机（钢研纳克检测技术股份有限公司）。

1.2建筑用胶制备

共设计制备了5种氰酸酯胶粘剂，分别为CoAt/氰酸酯（简称为Ⅰ，氰酸酯含量为100%、CoAt含量为0.05%）；苯酚/CoAt/氰酸酯（简称为Ⅱ，氰酸酯含量为99%、苯酚含量为1%、CoAt含量为0.05%）；对苯二酚/CoAt/氰酸酯（简称为Ⅲ，氰酸酯含量为100%、对苯二酚含量为1%、CoAt含量为0.05%）；间苯二酚/CoAt/氰酸酯（简称为Ⅳ，氰酸酯含量为100%、间苯二酚含量为1%、CoAt含量为0.05%）；间苯三酚/CoAt/氰酸酯（简称为Ⅴ，氰酸酯含量为100%、间苯三酚含量为1%、CoAt含量为0.05%）。

在温度120℃条件下按照上述成分配比先加入除CoAt以外的原料，混合均匀后再加入CoAt，降温至108℃后持续搅拌1 h，然后转入真空烘箱中进行30 min消泡处理。胶粘剂完全消泡后室温倒入不锈钢模具中，然后将装入模具的胶粘剂一并进行固化处理，固化处理工艺共分为4步：（1）138℃保温60 min，空冷至室温；（2）158℃保温120 min，空冷至室温；（3）178℃保温120 min，空冷至室温；（4）198℃保温180 min，空冷至室温。固化处理后得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ胶粘剂。

1.3性能测试

差示扫描量热（DSC）测试：采用DSC214型差示扫描量热仪对5种胶粘剂试样进行差示扫描量热测试，升温速率为5℃/min；红外光谱测试：采用Nicolet 550II型红外光谱仪对胶粘剂试样进行红外光谱测试，波长范围介于400～4 000 cm-1之间；热重分析：采用TGA5500热重分析仪进行热重分析；粘接性能：采用GNT50型微机控制电子拉伸试验机对胶粘剂试样进行室温拉伸性能测试，拉伸速率控制在2mm/min。

2结果与分析

2.1固化反应温度

图1为不同组分建筑用胶的DSC测试。

由图1可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ胶粘剂的放热峰温度分别为157、161、142、135和151℃;从最大放热峰温度测试结果看，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ胶粘剂的最大放热峰温度分别为219、203、184、189和202℃;从最终放热峰温度测试结果看，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ胶粘剂的最终放热峰温度分别为249、241、216、219和242℃。可见，在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的最大放热峰温度有不同程度降低，这主要是因为酚类的加入会影响羟基反应活性并抑制—OCN和—OH的相互反应的缘故[9-10]。此外，从最大放热峰温度测试结果看，加入对苯二酚的胶粘剂可以有效降低固化热风热，且添加量仅仅需要1%，在满足了建筑用胶改性需求的同时，还可以有效节约生产成本[11]。因此，从固化放热风角度，基于成本控制的建筑用胶的适宜改性剂添加为1%的对苯二酚。

图2为不同组分建筑用胶的红外光谱测试结果。

由图2可知，无论是苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚改性前还是改性后，胶粘剂的红外光谱图中的特征峰位置差异不大，都存在—OH特征吸收峰、—CH3特征峰、—OCN特征峰、C===N特征峰和Cr0特征峰，只是不同胶粘剂的特征峰强度存在差异，这主要是因为不同改性剂加入胶粘剂后会影响整个氰酸酯胶粘剂体系的固化速率[12]，不同固化速率下形成的特征峰含量存在差异所致。

2.2热稳定性

图3为不同组分建筑用胶的热稳定性测试结果，分别列出了不同组分建筑用胶的的热重曲线（TG曲线）和微商热重曲线（DTG曲线）。从图3（a）的热重曲线可知，随着温度的升高，5组建筑用胶的质量百分比整体都呈现逐渐降低的趋势。从玻璃化转变温度测试结果看，胶粘剂Ⅰ的玻璃化转变温度为300.8℃、胶粘剂Ⅱ的玻璃化转变温度为288.1℃、胶粘剂Ⅲ的玻璃化转变温度为297.5℃、胶粘剂Ⅳ的玻璃化转变温度为291.9℃、胶粘剂Ⅴ的玻璃化转变温度为294.4℃。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ胶粘剂质量损失率均为5%时对应的温度T5%分别为364.4、357.8、373.3、362.3和343.1℃，质量损失率10%时对应的温度T10%分别为411.7、413.0、419.5、412.6和388.3℃，温度800℃时的焦炭产量分别为32.1%、32.5%、34.6%、32.4%和33.8%。由此可见，在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的热稳定性有不同程度增大。此外，在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的焦炭产量有少量增加，这表明改性胶粘剂能够保证氰酸酯胶粘剂有良好热稳定性[13-14]。

2.3粘接性能

不同组分建筑用胶的粘接性能测试结果：未添加苯酚等的胶粘剂Ⅰ的剪切强度为23.33 MPa；在胶粘剂中加入苯酚后，胶粘剂Ⅱ的剪切强度有所增加，约为25.09 MPa；在胶粘剂中加入对苯二酚后，胶粘剂Ⅲ的剪切强度进一步增加，约为26.44 MPa；在胶粘剂中加入间苯二酚后，胶粘剂Ⅳ的剪切强度为26.04 MPa；在胶粘剂中加入间苯三酚后，胶粘剂Ⅴ的剪切强度为25.97 MPa。对比分析可知，在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的剪切强度都有不同程度的增大，剪切强度从大至小顺序依次为：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅱ、Ⅰ，即加入对苯二酚改性后的胶粘剂Ⅲ的剪切强度最大，具有最佳的粘接性能。这主要是因为酚类的加入可以改善聚氰酸酯中的内部结构，如降低分子结构中的三嗪环占比[15]，在固化过程中可以有效增强韧性并抑制裂纹萌生和扩展[16-17]。

2.4基于成本控制的应用

2.4.1成本因素分析

建筑用胶的成本包括原材料成本、生产过程中的管理费用、税金以及利润等。首先，原材料成本是建筑用胶成本的重要组成部分。例如，多功能建筑用胶的原材料成本为3元/kg，而SBS改性沥青防水材料的材料费用为63.3元/m2，其中包括SBS改性沥青材料和SBS改性沥青防水材料的成本12元/m2。这些成本差异反映了不同类型的建筑用胶及其应用场景的不同。其次，生产过程中的管理费用也是成本分析中的重要一环。例如，SBS防水施工的管理费用为4元/m2，这涵盖了项目管理和监督的成本。税金和利润是成本分析中不可忽视的部分，如税率为9%，税金为8元/m2，而利润率设定为10%，利润为8.1元/m2。这些费用的计算有助于确保企业在合法纳税的同时，也能获得合理的利润，保持企业的持续运营和发展。综上所述，建筑用胶的成本分析是一个综合性的过程，涉及到原材料成本、管理费用、税金和利润等多个方面的考虑。通过详细的成本分析，企业可以制定出既合理又具有竞争力的报价，同时保证项目的质量和效益。对于量大面广的建筑用胶而言，控制原材料成本和生产成本是提高建筑用胶经济性和市场竞争力的有效手段。

2.4.2应用分析

建筑胶粘剂在建筑工程上的应用非常广泛，是不可或缺的材料。它们不仅用于道路标志、水坝防漏、军事工程应急维修，还在建筑结构、混凝土界面处理、瓷砖粘接、建筑饰面砖彩色填缝、石材粘接以及防水等多个方面发挥重要作用[18]。在选择和使用建筑胶粘剂时，成本控制是一个重要的考虑因素。通过选择性价比高的产品，合理使用胶粘剂，可以在保证工程质量的前提下，降低工程成本，提高经济效益。例如，应用于瓷砖胶粘剂、石材胶粘剂、界面处理剂等领域的建筑用胶粘剂，这些胶粘剂需要根据具体的使用部位进行分类，能够满足不同的施工需求[19-20]，通过对胶粘剂进行改性提升10%的综合性能，而生产成本控制在5%及以下，可以在保证工程质量的同时，实现成本的有效控制，从而提高整个建筑工程的经济效益。

3结语

为了在提升建筑用胶使用性能的基础上降低建筑用胶的生产成本，尝试通过在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂的方法，考察了其对建筑用胶热稳定性、粘接性能等的影响。

（1）无论是苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚改性前还是改性后，胶粘剂的红外光谱图中的特征峰位置差异不大，都存在—OH特征吸收峰、—CH3特征峰、—OCN特征峰、C===N特征峰和Cr0特征峰；

（2）在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的热稳定性有不同程度增大；

（3）在胶粘剂中加入苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯三酚等改性剂后，胶粘剂试样的剪切强度都有不同程度的增大，剪切强度从大至小顺序依次为：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅱ、Ⅰ，即加入对苯二酚改性后的胶粘剂Ⅲ的剪切强度最大，具有最佳的粘接性能。

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（责任编辑：张玉平）