脫醇型低模量有機硅密封膠的研制

安　靜，張敬軒，趙景鐸，楊　震，楊瀟珂

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

有機硅密封膠具有卓越的耐候性，優良的耐高、低溫等特性。其中脫醇型有機硅密封膠具有無腐蝕性、更環保等特點，并對各種基材都具有優良的密封粘接作用[1～3]，因此在建筑、電子等領域得到了廣泛應用[4～6]。根據應力-應變特性，有機硅密封膠分為高、中和低模量3種類型。其中低模量類型具有在低應力下高彈性、高伸長率的特點，尤其適用于采光頂、高層建筑和大型混凝土設施等大跨度形變位移伸縮接縫的嵌縫密封[7]。本研究以107硅橡膠為基膠，添加適量的填料、交聯劑復配擴鏈劑、硅烷偶聯劑和催化劑等制得單組分脫醇型低模量密封膠。并考查了增塑劑、擴鏈劑、交聯劑、催化劑用量對脫醇型低模量密封膠性能的影響。

1　實驗部分

1.1　主要原料

羥基封端的聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠）、二甲基硅油、甲基三甲氧基硅烷、重質活性碳酸鈣、有機鈦螯合物，工業級，市售，烷氧基硅烷擴鏈劑，自制。

1.2　實驗設備

SXJ-2L雙行星動力混合試驗機，廣東省佛山市金銀河機械設備有限公司；TH200型邵爾A硬度計，時代集團公司；厚度計（0～12.7 mm），上海六菱儀器廠；CMT4104電子萬能拉力試驗機，深圳新三思技術計量有限公司。

1.3　單組分脫醇型低模量密封膠的配制

基本配方為：100 g107硅橡膠，10～60 g二甲基硅油，80～150 g重質活性碳酸鈣，1～6 g按一定配比復配的交聯劑和擴鏈劑，1～5 g催化劑。

將計量的107硅橡膠、二甲基硅油和碳酸鈣加入到雙行星攪拌設備中，真空狀態下攪拌均勻，再依次加入復配的交聯劑和擴鏈劑、以及催化劑等，抽真空攪拌均勻后，灌裝于硬支塑料管內密封保存。

1.4　性能測試

（1）表干時間：按照GB/T 13477.5-2002《建筑密封材料試驗方法第5部分：表干時間的測定》標準進行測試。

（2）邵爾A硬度：按照GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》標準，采用邵爾A硬度計進行測試。

（3）拉伸模量：按照GB/T 22083-2008《建筑密封膠分級和要求》標準，采用拉力試驗機進行測試（23 ℃下、測定100%伸長率時的定伸強度）。

（4）拉伸強度、斷裂伸長率：按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》標準，采用拉力試驗機進行測試[將密封膠制成（2.0±0.1）mm的厚度，在溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的條件下養護7 d后，裁切成啞鈴狀試片]。

2　結果與討論

2.1　增塑劑用量對密封膠性能的影響

在密封膠中添加適量的增塑劑，可以調整密封膠的黏度，改進施工流動性和對被粘物的潤滑性，同時增加密封膠的塑性，可以使聚合物的硬度、模量下降，伸長率提高。硅酮密封膠常用的增塑劑是二甲基硅油，其結構與有機硅密封膠的基礎聚合物極為類似，與基膠有良好的相容性。其用量對脫醇型低模量密封膠性能的影響如表1所示。

表1　增塑劑用量對密封膠性能的影響Tab.1　Effect of plasticizer content on sealant properties

由表1可知：隨著二甲基硅油用量的增加，密封膠的100%定伸模量和拉伸強度逐漸降低，而伸長率與之相反。這是因為甲基硅油為非反應性增塑劑，在密封膠體系中對硅橡膠活性分子起稀釋作用，可造成單位體積內的活性基團數目減少。隨著添加量的增加，單位體積內聚合物分子鏈間的連接點數目減少，造成密封膠的交聯密度變小，致使拉伸強度降低、伸長率增大。隨著交聯密度減少，密封膠的100%定伸模量不斷減小，硬度也隨之降低。綜合對比，采用甲基硅油為50 g時的密封膠綜合性能相對較好。

2.2　交聯劑與擴鏈劑配比用量對密封膠性能的影響

交聯劑是密封膠基礎聚合物107由線型結構交聯變為立體網狀結構的關鍵成分。擴鏈劑的添加可使密封膠基礎聚合物的分子鏈在交聯的同時線性增加，并可有效減少交聯點數量，降低交聯密度，實現低模量。脫醇型密封膠的交聯劑一般使用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷等。本研究選用由甲基三甲氧基硅烷（a）與自制的烷氧基硅烷擴鏈劑（b）按4∶4質量比復配而成的交聯劑，2者配比用量對低模量密封膠性能的影響如表所示。

表2　交聯劑與擴鏈劑配比用量對密封膠性能的影響Tab.2　Effect of weight ratio of of crosslinking agent（a） and chain extender（b） on sealant properties

由表2可知：隨著交聯劑用量不斷增加，擴鏈劑用量不斷減少，密封膠的表干時間縮短，而硬度、拉伸強度以及100%定伸模量不斷增大，斷裂伸長率隨之降低。這是因為交聯劑量的增加，可引起密封膠內的交聯點逐漸增多，交聯密度增加。而當交聯劑用量不斷減少，擴鏈劑用量不斷增加，密封膠的表干時間延長，硬度、拉伸強度和100%定伸模量不斷減小，斷裂伸長率隨之增長。但擴鏈劑量不適宜過大，當擴鏈劑量過大時，密封膠甚至不固化，這是因為交聯劑量過少，網狀的交聯點變少，交聯過程中反應活性較小，基礎聚合物的端羥基大部分被擴鏈劑所取代。綜合對比，交聯劑與擴鏈劑質量比為4∶4時，密封膠的性能相對較佳。

2.3　催化劑用量對密封膠性能的影響

密封膠不添加催化劑時，基膠與交聯劑的硫化不完全，各項力學性能達不到密封膠的實際使用要求。加入催化劑后，基膠在固化劑混合物的作用下，表干時間可以在十幾分鐘內達到，深層固化隨之提高。考慮到脫醇型密封膠的貯存穩定性及環保性等要求，本研究選擇鈦絡合物為催化劑，催化劑用量對低模量密封膠性能的影響如表3所示。

表3　催化劑用量對密封膠性能的影響Tab.3　Effect of catalyst content on sealant properties

由表3可知：隨著催化劑用量的增加，密封膠的表干時間逐漸縮短，100%定伸模量逐漸減小，斷裂伸長率、拉伸強度、硬度并無太明顯差異，這是因為催化劑主要改變密封膠的固化速率，對密封膠力學性能的直接作用不大。通過對比發現，催化劑用量為3 g時的密封膠之各項性能相對最佳。

3　結論

以端羥基聚二甲基硅氧烷為基膠、甲基三甲氧基硅烷和自制烷氧基硅烷擴鏈劑復配作為交聯劑、重質活性碳酸鈣為補強填料以及有機鈦螯合物為催化劑，制得了單組分脫醇型室溫硫化低模量密封膠。結果表明，使用100 g（黏度為50 000 mPa·s）的107硅橡膠，當甲基硅油為50 g、交聯劑由m（甲基三甲氧基硅烷）∶m（自制烷氧基硅烷擴鏈劑）=4∶4進行復配、重質活性碳酸鈣為150 g、鈦絡合物為3 g時得到的脫醇型低模量密封膠，能夠滿足低模量的要求。

[1]楊中文,王強華.單組分脫醇型有機硅密封膠的研制[J].有機硅材料,1997,11(3):7-9.

[2]杜偉.高強度硅橡膠粘接劑的研制[J].有機硅材料,2017,31(2):86-88.

[3]祝智敏,張銀華,徐珊,等.醇型透明室溫硫化硅橡膠的制備[J].有機硅材料,2017,31(2):98-102.

[4]馮圣玉,張潔,李美江,等.有機硅高分子及其應用[M].北京:化學工業出版社,2004,116-131．

[5]愛德華M.皮特里.膠黏劑與密封膠工業手冊[M].北京:化學工業出版社,2005,15-26.

[6]黃文潤.單組分室溫硫化硅橡膠的配制(七)[J].有機硅材料,2003,17(4):39-44．

[7]劉歆潔,胡洪國,陳春榮,等.低模量、高延伸率有機硅密封材料的研究進展[J].功能材料,2005,36(3):329-331．