低模量单组分硅烷改性聚醚密封胶的选材分析

２０１８年第５期　３月上　中国建筑防水　Ｃｈｉｎａ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　ＤＯｈｌＯ．１５９０１￣．ｃｎｋｉ．１００７－４９７ｘ．２０１８．０５．００１　低模量单组分硅烷改性聚醚密封胶的选材分析　杨海兵，李义博，石正金，余飞　（广州集泰化工股份有限公司，广东广州５１０５２０）　摘要：近年来，随着装配式建筑的迅猛发展，其外墙接缝用的密封胶成为研发热点，尤其是具有更优综合性能的ＭＳ密　封胶。本文通过分析硅烷改性聚醚树脂、增塑剂、偶联剂以及催化剂等４种主要原料对ＭＳ密封胶性能的影响，给出了　这类密封胶的配方设计及选材建议。　关键词：硅烷改性聚醚；密封胶；装配式建筑；模量；弹性恢复率　文章编号：１００７＿４９７ｘ（２０１８）一０５—０００１—０４　中图分类号：ＴＵ５０２；ＴＵ５７　８　文献标志码：Ａ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｍｏｄｕｌｕｓ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｓｉｌａｎｅ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ　Ｓｅａｌａｎｔ　Ｙａｎｇ　Ｈａｉｂｉｎｇ，Ｌｉ　Ｙｉｂｏ，Ｓｈｉ　Ｚｈｅｎｇｊｉｎ，Ｙｕ　Ｆｅｉ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｊｏｉｎｔａｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１０５２０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｔｈｅ　ｓｅａｌａｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｗａｌｌ　ｓｅａｍｓ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｈｏｔ　ｓｐｏｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ＭＳ　ｓｅａｌａｎｔ　ｗｉｔｈ　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｂｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｉｌａｎｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ　ｒｅｓｉｎ，ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ，ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ａｎｄ　ｃａｔａｌｙｓｔ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＭＳ　ｓｅａｌａｎｔ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅａｌａｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌａｎｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ；ｓｅａｌａｎｔ；ａｓｓｅｍｂｌｅｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ；ｍｏｄｕｌｕｓ；ｅｌａｓｔｉｃ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｒａｔｅ　Ｏ引言　作为建筑施工的重要环节，建筑防水质量直接决　定建筑整体施工质量和使用寿命［５Ｊ。而装配式建筑采　用现场拼装的施工模式，各预制构件之间必然会出现　大量接缝，接缝的防水就成了装配式建筑质量控制的　关键因素之一。一般而言，装配式建筑外墙接缝的防　水设计采用结构防水与密封胶填缝结合的方式［３Ｊ８１。　密封胶产品的质量对保障装配式建筑的防水密封效　果以及建筑美观方面都起到至关重要的作用。　目前，装配式建筑外墙接缝用密封胶主要有聚氨　装配式建筑是指用预制构件在工地进行装配而　成的一类环保型建筑模式，相比传统现浇模式，具有　建造效率高、质量好、能耗低、环境污染小以及施工简　单等特点［１ｊ，是未来建筑工业化的主要发展方向之一　［２－８１。随着人们对建筑物整体质量重视程度的逐渐提　升，加上装配式建筑的高速发展，保证装配式建筑质　量对于促进我国建筑行业经济效益提高起到非常重　要的作用［３１。　收稿日期：２０１８—０１—１７　作者简介：杨海兵，男，１９９０年生，主要从事硅烷改性聚醚密封　胶的研发工作。联系地址：５１０５２０广东省广州市黄埔区南翔一　路６２号，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｆａ０２０＠ｊｏｉｎｔａｓ．ｃｏｒｎ。　酯密封胶、硅酮密封胶与硅烷改性聚醚密封胶（ＭＳ　密封胶）。其中，ＭＳ密封胶在耐候、粘结性、涂饰性、　环境友善性等方面表现出更高的性价比，现已成为我　国近年来密封胶行业研发的热点。本文主要讨论了硅　２　中国建筑防水　２０１８　Ｎｏ．５　烷改性聚醚树脂、增塑剂、偶联剂以及催化剂对ＭＳ　密封胶综合性能的影响，以期指导这类密封胶的配　方设计及产品开发。　１实验部分　１．１实验材料　硅烷改性聚醚树脂（ＭＳ１，ＭＳ２，ＭＳ３，ＭＳ４）：工业　品，日本钟渊化学株式会社；ＰＰＧ２０００：工业品，荷兰　熙普；ＤＩＮＣＨ：工业品，巴斯夫；ＤＩＮＰ：工业品，美国埃　克森美孚；ＰＣ６８００：工业品，德国迪高；ＤＰＨＰ：工业　品，巴斯夫；轻质活性碳酸钙：工业品，荆门市东宝区　凯龙矿业股份有限公司；重质碳酸钙：工业品，广东　翔龙科技股份有限公司；聚酰胺蜡：工业品，阿科玛；　乙烯基三甲氧基硅烷：工业品，迈图高新材料集团；　Ｎ—ｐ（氨乙基）一　一氨丙基三甲氧基硅烷（Ｌ３）：工业　品，迈图高新材料集团；偶联剂（Ｌ２）：工业品，自制；　一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（Ｌ１）：工业品，迈　图高新材料集团；二月桂酸二丁基锡（Ｃ３）：工业品，　美国气体化学；ＣＯＭＰ２８（Ｃ２）：工业品，日东化成株式　会社；双（乙酰丙酮酸）二丁基锡（Ｃ１）：工业品，日东　化成株式会社。　１．２实验方法　取适量硅烷改性聚醚树脂、重质碳酸钙、聚酰胺　蜡依次加入行星分散机，在１　１０℃真空条件下脱水３　ｈ；冷却至５０　ｏ（＝以下，加入除水剂、硅烷偶联剂以及催　化剂，并混合均匀；在一０．０９￣＿０．１　ＭＰａ真空度条件下　搅拌３０～４０　ｍｉｎ；出料，得实验样胶。　１．３性能测试　拉伸模量：按ＧＢ／Ｔ　１３４７７．８《建筑密封材料试验　方法第８部分：拉伸粘结性的测定》的规定进行试　验，测定并计算试件拉伸伸长率为６０％、１００％时的正　割拉伸模量。　断裂伸长率：按ＧＢ／Ｔ　５２８（硫化橡胶或热塑性　橡胶拉伸应力应变性能的测定》的规定试验，采用Ｉ　型哑铃型试样，拉伸速度为（５００±５０）ｍｍ／ｍｉｎ。　弹性恢复率：按ＧＢ／Ｔ　１３４７７．１７（建筑密封材料试　验方法第１７部分：弹性恢复率的测定》试验，试验伸　长率为１００％。　表干时间：按ＧＢ／Ｔ　１３４７７．５《建筑密封材料试验　方法第５部分表干时间的测定》采用Ａ法试验。　耐ＵＶ辐射测试：试件在（４０－＋５）　、光照强度　３００　Ｗ条件下辐射１　２００　ｈ，并采用６Ｏ倍普拉迪光学　镜观察试件的表面情况。　剥离粘结性：按ＧＢ　１６７７６（建筑用硅酮结构密封　胶》附录Ｄ中Ｄ．１．２方法Ｂ试验，手拉试验（非成品破　坏法）做剥离粘结试验，选定基材为混凝土。　２结果与讨论　２．１　ＭＳ树脂对密封胶性能的影响　分别考察４种ＭＳ树脂（ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４）对　密封胶的模量、断裂伸长率以及弹性恢复率的影响，　结果如表１所示。　表１不同ＭＳ树脂对密封胶性能的影响　ＭＳ树脂种类　项目　ＭＳ１　ＭＳ２　ＭＳ３　ＭＳ４　６０％拉伸模量／ＭＰａ　０．１３　Ｏ．１９　０３７　Ｏ．１９　１００％拉伸模量／ＭＰａ　Ｏ．１８　Ｏ．２５　０．５３　０－２６　断裂伸长率／％　５５４　８７５　５３ｌ　９３０　弹性恢复率　４５　７１　８１　８８　如表１所示，４种树脂对ＭＳ密封胶的性能影响　差异较大。与ＭＳ１与ＭＳ３树脂相比，采用ＭＳ２与　ＭＳ４树脂制备的ＭＳ密封胶综合性能更优，具有模量　低、弹性恢复率高等特点。这主要是因为ＭＳ２与ＭＳ４　树脂具有更高的分子量，结构中柔性链段更多，因此　在应力的作用下可以表现出更优异的韧性以及结构　复原能力。相比ＭＳ１树脂，采用ＭＳ３树脂制备的密　封胶表现出较高的弹性恢复率，但胶体的模量也更高　（１００％拉伸模量为０．５３　ＭＰａ），这主要因为ＭＳ３树脂　存在支链结构，用其制备的密封胶固化后胶体的交联　密度高。采用ＭＳ４树脂制备的密封胶综合性能最优，　弹性恢复率达到８８％，完全满足Ｊｃ厂ｒ　８８１《混凝土建　筑接缝用密封胶》的性能要求，具有低模量、高弹性的　特点。　２．２增塑剂对密封胶性能的影响　５种增塑剂对ＭＳ密封胶拉伸模量、断裂伸长率　以及耐ｕＶ辐射性能的影响结果，如表２、图１所示。　２０１８　Ｎｏ．５　杨海兵，等：低模量单组分硅烷改性聚醚密封胶的选材分析　表２不同增塑剂对密封胶·眭能的影响　增塑剂种类　＝　项　目　ＤＩＮＣＨ　ＰＰＧ２ｏ０Ｏ　ＰＣ６８００　ＤＰＨＰ　ＤＩＮＰ　堡　６０％拉伸模量／ＭＰａ　断裂伸长率，％　０．２３　８３８　０－２Ｏ　Ｏ－２Ｏ　Ｏ．２０　Ｏ．１９　擐　０　１００％拉伸模量，ＭＰａ　Ｏ．３０　０．２６　７９０　０．２７　７５４　０．２６　６５７　０．２６　９３０　由表２可知，增塑剂种类对ＭＳ密封胶的模量影　ｌ　１　响不大，１００％拉伸模量均低于０．４　ＭＰａ。相比而言，　ＤＩＮＰ与ＤＩＮＣＨ对密封胶的增塑效果最好，用其制备　的密封胶断裂伸长率较高。这主要是因为ＤＩＮＰ与　ＤＩＮＣＨ的分子量相对较小，可以更好地嵌入胶体的　网状结构，从而达到更优的增塑效果。　由图１可以发现，经过ｕＶ辐射ｌ　２００　ｈ后，５种　ＭＳ密封胶均存在不同程度的表面粉化和开裂情况。　相比而言，含ＰＰＧ２０００和ＤＩＮＣＨ的密封胶的耐ｕＶ　辐射效果最好，仅存在轻微的表面粉化但无开裂；含　Ｂｄ要掏　晕晕　００一　０　０　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　０　０　０　０　０　ｌ　２００　ｌ　ｏ０Ｏ　冰８００　ＤＰＨＰ的密封胶耐ｕｖ辐射效果最差，表面存在明显　加　ｍ　篓６００　４００　２００　０　４　３　３　２　２　１山／　国　●Ｏ　Ｏ　∞　鲫　∞　∞　∞　ｍ　∞　Ｏ　５　０　５　Ｏ　５　Ｏ　５　Ｏ　的裂痕。　２＿３偶联剂对密封胶性能的影响　３种偶联剂对ＭＳ密封胶模量、断裂伸长率以及　粘结性能的影响结果，如图２、图３所示。　由图２可知，添加Ｌ１的密封胶拉伸模量最低，　添加Ｌ３的密封胶拉伸模量最高，但３种密封胶的　１００％拉伸模量都低于０．４　ＭＰａ。这主要是因为Ｌ３为　¨　ＩＪ２　【．３　氨基类硅烷偶联剂，固化过程中提高了催化剂的催化　活性从而提高了胶体的交联密度；Ｌ１为环氧基硅烷　Ｉ＿ｌ　Ｉ．２　Ｉ　３　图２不同偶联剂对密封胶基础性能的影响　（辎射前）　（辐射后）　图ｌ　ｕＶ对不同增塑剂密封胶外观的影响（６Ｏ倍）　４　中国建筑防水　２０１８　Ｎｏ．５　Ｃｌ　Ｃ２　Ｃ３　图３不同偶联剂对密封胶粘结性的影响　偶联剂，固化交联时消耗了部分催化剂，从而延缓了　密封胶的固化反应，提高了密封胶分子链线性交联的　比例，这一点也能从断裂伸长率的变化趋势反映出　来。相比Ｌ２和Ｉ　３，添加ｕ的密封胶的２４　ｈ固化速　图４不同类型催化剂对密封胶综合性能的影响　度最慢，这也说明Ｌｌ的结构有利于进行线性链增长　的固化方式，从而提高密封胶的韧性。　由图３可以发现，相较而言，添加Ｌ３的密封胶　＼褂　教　口【Ⅲ＼　删　围　ｕＶ老化性能更佳；自制偶联剂（Ｌ２）对混凝土基材的　粘结效果最好；催化剂Ｃ２能够有效平衡密封胶模量　与混凝土的无底涂粘结效果最差，存在内聚和界面两　种破坏形式；添加Ｌ２的密封胶与混凝土的无底涂粘　结效果最好，主要表现为内聚破坏。　２．４催化剂对密封胶性能的影响　∞　鲫　∞　∞　加　ｏ　啪啪　∞加∞∞∞　加ｍ０　与弹性恢复率之间的关系，均有利于制备出模量低、　弹性恢复率高的ＭＳ密封胶。　参考文献：　【１】　张勇．装配式混凝土建筑防水技术概述…．中国建筑防水，　２０１５（１３）：１—５．　分别考察３种催化剂对ＭＳ密封胶固化速度、弹　性恢复率的影响，结果如图４所示。　町以发现，从Ｃ１、Ｃ２到Ｃ３，ＭＳ密封胶的弹性恢　复率依次增大。添加Ｃ１的密封胶弹性恢复率最低，　这主要是因为Ｃ１的催化活性最高，固化速度快，固　【２】叶明．住宅产业化内涵及其发展【Ｊ１．住宅产业，２０１２（１１）：　４ｌ一４４．　［３　朱宏．３］预制装配式（ＰＣ）建筑外墙防水密封设计与选材［Ｊ】．　中国建筑防水，２０１６（６）：２６—２９．　【４］蒋勤俭．国内外装配式混凝土建筑发展综述【Ｊ］．建筑技术，　２０１０，４１（１２）：１　０７４—１　０７７．　化后胶体的交联密度高；Ｃ２的催化活性最低，固化速　度最慢，易形成线性链增长的固化方式，从而有效提　【５】刘觅．装配式建筑防水技术分析［Ｊ】．产业与科技论坛，　２０１７，１６（１５）：７６—７７．　高密封胶的弹性恢复率；Ｃ３的活性介于ｃ１与ｃ２之　问，固化速度适中，有效平衡了线性链增长与体型交　联两种固化方式，从而使得密封胶具有更高的弹性恢　复率。　３结论　【６］杨霞，仲小亮．预制装配式建筑外墙防水密封现状及存在　的问题『Ｊ］．中国建筑防水，２０１６（１２）：ｌ６一ｌ８．　［７］Ｙｏｓｈｉｈｉｔｏ　Ｉｉｊｉｍａ，Ｋｅｉｓｕｋｅ　Ｉｓｈｉｍｕｒａ，Ｓｈｉｇｅｋｉ　Ｓｕｇｉｙａｍａ，ｅｔ　ａ１．　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｅａｌａｎｔ　ｈａｎｄｂｏｏｋ【Ｍ】．Ｊａｐａｎ　Ｓｅａｌａｎｔ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，２０１５．　通过探讨４种主要原料对ＭＳ密封胶性能的影　响，发现硅烷改性聚醚树脂的分子量以及结构构型　对密封胶的模量和弹性恢复率影响较大；ＤＩＮＰ和　ＤＩＮＣＨ的增塑效果最好，但ＰＰＧ２０００和ＤＩＮＣＨ的耐　【８】骆行岚，袁梅．预制混凝土（ＰＣ）建筑外墙接缝用ＭＳ密封　胶的应用性能研究【Ｊ】．中国建筑防水，２０１７（２１）：ｌ９—２３．　（编辑：夏琴）