陶土尾礦粉為填料的硅烷改性聚醚密封膠的制備及其性能研究

喻勁軍,王涵,薛俊東,唐秀平,,3

（1．廣東金意陶陶瓷集團有限公司，佛山 528000；2.珠?？萍紝W院 應用化學與材料學院，珠海 519040；3.武漢理工大學 材料科學與工程學院，武漢 430070）

1 前言

在低碳大環(huán)境的背景下，綠色建筑是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要方向。裝配式建筑成為了建筑行業(yè)的熱門。組件組合后的密封對裝配式建筑至關(guān)重要。目前，應用于裝配式建筑中的密封膠主要有三種類型，分別是聚氨酯類、硅酮類和硅烷改性聚醚類。聚氨酯類密封膠由于有游離的異氰酸酯存在，使用后在固化過程中易產(chǎn)生氣泡，使其力學性能收到影響，因此限制了它的適用范圍。硅酮類密封膠相比于其他兩類密封膠，使用時間久了會有硅油產(chǎn)生，其粘結(jié)性受到影響，因此其耐久性差，可涂飾性較差，同時建筑物表面的美觀程度也會受到影響。相比于聚氨酯密封膠和硅酮密封膠，硅烷改性聚醚密類的密封膠使用過程中沒有氣體產(chǎn)生，不會有硅油溢出，更綠色環(huán)保，展現(xiàn)出良好的力學性能，涂飾性能以及耐污性能等優(yōu)點，逐漸成為國內(nèi)外新型密封膠的主要發(fā)展方向之一。

本文利用陶土尾礦粉為填料，制備硅烷改性聚醚密封膠。研究了陶土尾礦粉的添加量對密封膠力學性能的影響，以及在膠體中的分散情況。

2 實驗

2.1 實驗藥品與儀器

實驗所用藥品：端硅烷基聚醚預聚物，鐘化貿(mào)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），二月桂酸二丁錫阿拉丁生物科技有限公司

實驗儀器：雙行星攪拌機（TXJ-0.5），萬能拉力試驗機（AL-7000s），電子天平（TM-EXA2003H），掃描電子顯微鏡（MIRA）

2.2 實驗過程

2.2.1 陶土尾礦粉的預處理

將陶土尾礦粉填料用篩子進行過篩處理，其余無法過篩的顆粒狀尾礦粉填料重復研磨，繼續(xù)過篩，重復上述步驟直至全部尾礦粉填料過篩完成。將過篩好的尾礦粉于真空干燥處理3 h，隨后倒入密封袋中待用。

2.2.2 陶土尾礦粉填充硅烷改性聚醚密封膠的制備

將100 g 的硅烷改性聚醚（MS） 預聚物，55 g PPG3000，90 g 預處理的陶土尾礦粉（相對于MS 為90 phr）加入雙輥行星攪拌機中，于100 ℃真空條件下，以50 rpm/min 的速度攪拌預混合1 h。

冷卻至室溫后加入2.5 g KH792，1.5 g 二月桂酸二丁錫，真空攪拌30min，隨后出料，倒入模具待用。

與上述方法一致，分別制備80 php、100 php、120 php、140 php、160php 和180 php 陶土尾礦粉含量的硅烷改性聚醚密封膠。此外，將不含填料的純硅烷改性聚醚密封膠作為空白組。

2.2.3 密封膠性能測試

取出制備好的試片制成啞鈴形樣條，按GBT528-2009 中的方法，利用電子拉力機進行測試。

按GBT531.1-2008 方法，使用邵氏A 硬度計測試樣品的硬度值。

將不同含量的陶土尾礦粉填充制備的硅烷改性聚醚密封膠的樣條在液氮中脆斷，采用掃描電子顯微鏡（SEM）對填料的分散形貌進行觀察。

3 結(jié)果與分析

3.1 陶土尾礦粉填充硅烷改性聚醚密封膠力學性能

3.1.1 填料在基膠中的分散情況

為了研究陶土尾礦粉在密封膠中的分散情況，對各個填充膠的脆斷面形貌采用掃描電鏡進行觀察。結(jié)果如圖1 所示。從SEM 的照片可以看出無論陶土尾礦粉填充是低含量還是高含量，其密封膠基體和陶土尾礦粉填充粒子之間都呈現(xiàn)出較為模糊的界面，這說明陶土尾礦粉填充粒子與硅烷改性聚醚密封膠之間具有較好的界面粘合作用從而改善了兩者的界面形貌。

圖1 不同量陶土為礦粉在硅烷改性聚醚密封膠中的SEM 圖(a:80 php、b:100 php、c:120 php、d:140 php、e:160php、f:180 php)

3.1.2 對密封膠拉伸強度的影響

不同量的陶土尾礦粉填充對密封膠的拉伸強度如圖2 所示。

圖2 不同含量陶土尾礦粉填充的硅烷改性聚醚密封膠的最大拉伸應力圖

從圖2 反映出陶土尾礦對硅烷改性聚醚密封膠的最大拉伸應力的影響隨其含量增加先增大后減小。由于無填充的硅烷改性聚醚密封膠的最大力為0.11MPa，當加入80php 陶土尾礦粉，其填充膠的最大拉伸應力提高到0.39MPa，繼續(xù)增加陶土尾礦粉填充量，最大拉伸應力也隨之相應增加；當填充的陶土尾礦粉的含量達到140php（重量比）時，其制備的硅烷改性聚醚密封膠的最大應力為1.0 MPa，幾乎是無填充的硅烷改性聚醚密封膠的10 倍，而繼續(xù)增加填料，其最大拉伸應力有所下降。

3.1.3 對密封膠拉斷裂伸長率的影響

不同量的陶土尾礦粉填充對密封膠的斷裂伸長率的影響如圖3 所示。

圖3 不同含量陶土尾礦粉填充的硅烷改性聚醚密封膠的斷裂伸長率圖

斷裂伸長率也隨著陶土尾礦粉含量的增加先增大后減小。當填充的陶土尾礦粉含量為120php 時，其制備的硅烷改性聚醚密封膠的斷裂伸長率達到1148%，幾乎是無填充的硅烷改性聚醚密封膠的6 倍，然而，當繼續(xù)增加陶土尾礦粉的填充量到160 php 時，斷裂伸長率大大下降，從1148%降低至675%。從這些力學性能的數(shù)據(jù)分析可知，陶土尾礦粉具有明顯的補強作用，并且含量的變化對陶土尾礦粉在硅烷改性聚醚密封膠中補強作用有著重要的影響。

3.1.4 對密封膠的硬度的影響

不同量的陶土尾礦粉填充對密封膠硬度影響如圖4所示。

圖4不同含量陶土尾礦粉填充的硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度

從圖4 中可以看出，隨著陶土尾礦粉用量增加，所得到的硅烷改性聚醚密封膠的硬度增加。可通過加入填料組分的份數(shù)判斷出材料的硬度大小, 用來指導實際工業(yè)化生產(chǎn)。對于整個密封膠交聯(lián)體系來說,經(jīng)有填料也起著活性交聯(lián)點的作用,增加填料的用量,相當于增加了整個體系的活性交聯(lián)點, 從而增大了密封膠的交聯(lián)密度最終導致隨著填料用量的增大,密封膠的硬度不斷增大。

4 結(jié)論

（一）無論陶土尾礦粉的添加量是高或是低，其與密封膠直接都呈現(xiàn)出較為模糊的界面，與密封膠基體具有較好的界面粘合作用。

（二）陶土尾礦填充的硅烷改性密封膠最大應力可達無填充硅烷改性密封膠的10 倍，斷裂伸長率可達3 倍。

（三）隨著陶土尾礦粉用量增加，所得到的硅烷改性聚醚密封膠的硬度增加。可通過加入填料組分的份數(shù)判斷出材料的硬度大小，用來指導實際工業(yè)化生產(chǎn)。