硅改性聚醚密封膠和硅酮密封膠的耐高溫性能研究

許艷艷，張燕青，董鵬飛，景占閣，孟 婷，張燕紅

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

隨著科技技術的不斷進步，建筑行業所用新技術和新材料也在快速發展。首先是建筑結構上，由傳統建筑模式開始向輕量化的裝配式建筑上轉變；其次是建筑用膠上，具有良好粘接性、高彈性、低污染性和可涂飾性能的硅烷改性聚醚密封膠得到了大力發展。裝配式建筑結構包含鋼筋混凝土結構、鋼結構、木結構等，裝配式建筑由于受到地震荷載、風荷載、雪荷載、結構荷載、高低溫變化等作用產生位移接縫[1]，因而對密封膠提出了一系列性能要求，即高低溫下穩定性能、耐紫外線性能、可靠粘接性、隨縫變形性、耐候耐久性、環保美觀性、低污染性和可涂飾性能等。

硅改性聚醚密封膠是以端硅氧烷聚氧化丙烯醚為主要原料制備而成，也稱聚醚密封膠。聚醚的聚合物具有低黏度、低模量的特點，且對混凝土等多孔材料有良好的粘接性、耐污染性、易涂裝性等，使硅改性聚醚密封膠在裝配式建筑上、普通住宅等建筑上應用得到了飛速發展。

近期有工程在高溫環境下使用密封膠后出現了硅改性聚醚密封膠的龜裂、粉化等老化現象，不僅影響了工程的外觀和質量，降低了使用年限，且大大增加了維修維護的成本。而在同環境下使用硅酮密封膠卻無任何異常變化。

本文通過采用加熱處理的人工加速老化方法，對比不同溫度、不同時間對密封膠性能的影響，分析硅酮密封膠和硅改性聚醚密封膠的抗溫性能，為建筑用密封膠選材提供可靠的技術支持，也為建筑工程的耐久性、安全性提供一定的技術依據。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

市場索取樣品4種：

硅改性聚醚密封膠1#；硅改性聚醚密封膠2#；硅酮密封膠3#；硅酮密封膠4#。

1.2 儀器與設備

電子萬能拉力試驗機，自制；

高溫干燥箱，DHG-9070A，上海鴻都電子科技有限公司，溫度可調至（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃、（150±2）℃。

1.3 試樣制備及性能測試

1.3.1 樣品調節

密封膠在標準試驗條件[溫度(23±2)℃、相對濕度(50±5)%]下養護7 d，以備制樣。

1.3.2 試樣制備及養護

按GB/T 13477.8中的規定制備試樣，將制好的試樣放置于溫度為（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的標準養護室內養護28 d。

1.3.3 試件表面變化的測試

將養護好的試樣放入高溫干燥箱進行試驗，樣品分配如下：1#樣品10個，分別放置在（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃和（150±2）℃各2個，（23±2）℃2個做對比 ；2#、 3#和 4#樣 品 分 配 亦 如 此 。 實 驗 時 間 分別為1 h、2 h、4 h、8 h、12 h，高溫時間結束后，取出試樣，在標準試驗條件下放置1 h后，參照GB 16776 中6.9.4的熱老化的試驗方法檢查并記錄試驗試件表面的變化情況。

1.3.4 試件力學性能的測試

將養護好的硅改性聚醚密封膠（1#、 2#）和硅酮密封膠（3#、 4#）樣品，按照如下方式分配：1#樣品15個，分別放置在（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃和（150±2）℃各3個 ， （23±2）℃3個 做 對 比 ；2#、 3#和 4#樣品分配亦如此。實驗時間分別為7 d。高溫實驗結束后，取出試樣，在標準試驗條件下放置2 h后，按照《建筑密封材料試驗方法第8部分：拉伸粘接性的測定》（GB/T 13477.8）的試樣方法進行力學性能的測試，記錄拉伸強度和斷裂伸長率及破壞面積。

表1 高溫試驗后2種膠的表面變化Tab.1 Surface changes of two sealants after high temperature test

2 結果與討論

2.1 2種膠在高溫條件下的膠面熱老化試驗

硅酮密封膠和硅改性聚醚密封膠在高溫條件下的膠面熱老化試驗結果見表1。

由表1試驗結果表明，硅酮密封膠在70～150 ℃條件下放置8 h，膠表面無任何變化，這是由硅酮密封膠的主體結構所決定的。硅酮密封膠的高分子主鏈主要由Si-O鍵組成，其鍵能高達1 014.2 kJ/mol，其他高分子主鏈主要由C-C 鍵（344.4 kJ/mol）組成[2]，且高分子主鏈含有柔順性的硅氧—Si—O—結構，形成高分子聚合物彈性體，賦予了硅酮密封膠優異的耐高低溫性能。

硅改性聚醚密封膠在70 ℃放置12 h，密封膠表面無任何變化；90 ℃放置2 h密封膠表面無明顯的變化，放置4 h后表面出現膠面鼓起，有小氣泡出現，放置8 h后密封膠表面鼓起明顯，有2個小氣泡出現，表面老化明顯；120 ℃放置1 h表面顏色先變黃，2 h后表面起鼓明顯，且有龜裂現象，老化明顯，放置4 h后和放置8 h后表面起鼓非常明顯，有龜裂現象，老化明顯；放置12 h后表面氣泡增多，起鼓非常明顯，龜裂現象明顯，老化比較嚴重；但是在150 ℃條件下，放置30 min表面老化明顯，先是密封膠表面顏色變深黃，且起鼓嚴重，龜裂明顯，老化嚴重，放置1 h后膠面已經完全老化，表面起鼓嚴重，且膠面與基材脫離，密封膠完全失去粘接作用。

說明溫度不同，對硅改性聚醚密封膠的表面影響不同，且隨著溫度升高，密封膠表面的變化越明顯，表面先有顏色的變化，再有膠面表面起鼓和龜裂的變化，直至密封膠老化嚴重，導致密封膠失效。這是因為硅改性聚醚密封膠是以端硅氧烷聚醚為基礎聚合物制備而成的。聚合物的主鏈為聚醚柔性鏈段，支鏈為端硅烷基且為封端官能團，交聯密度相對較弱[1]，且高溫作用下熱活性很高，隨著溫度的升高會使分子的熱運動加速，從而引起高聚物發生交聯與降解[3，4]。端硅烷基且為封端官能團的交聯密度弱，在高溫作用下，抵抗不了高溫引起的分子的加速運動，導致密封材料發生質的改變，最先表現在密封膠表面的老化現象上，從而出現有氣泡起鼓和龜裂等現象。

因此，在實際工程使用過程中，硅改性聚醚密封膠的使用溫度條件是首先需要考慮的，如若在90 ℃環境條件下，硅改性聚醚密封膠可以短時間保持性能4 h，工程實際應用意義不大；但是環境條件超過90 ℃且時間大于4 h時，硅改性聚醚密封膠在高溫下的老化情況會越來越嚴重，隨著溫度的升高和時間的增加，極易導致密封膠失效，失去密封作用。

表2 不同溫度條件對2種密封膠力學性能的影響Tab.2 Effect of different temperature on mechanical properties of two sealants

2.2 不同溫度下2種密封膠的力學性能

不同溫度下硅酮密封膠和硅改性聚醚密封膠的力學性能，按照GB/T13477.8測試數據見表2。

由表2數據看出，1#和 2#樣品在70 ℃高溫條件處理7 d后，拉伸強度略有減小，而伸長率衰減量分別為7%和8%，而在90 ℃高溫條件下處理7 d后，拉伸強度和伸長率均變化較大，密封膠表面龜裂老化嚴重并失去彈性，拉伸強度衰減量為27%和28%，伸長率衰減量均大于50%，強度和伸長率衰減嚴重，說明高溫條件對硅改性聚醚密封膠的影響較大，且隨著溫度的升高，對力學性能的影響越嚴重。聚醚密封膠在高溫的作用下，隨著溫度的升高使分子的熱運動加速，從而引起高聚物發生交聯與降解[3，4]。端硅烷基且為封端官能團的交聯密度弱，在經過高溫處理后，抵抗不了高溫引起的分子加速運動，導致密封材料的力學性能大大衰減。

而硅酮密封膠3#、 4#在150 ℃條件下放置35 d后，力學性能幾乎無衰減，良好的彈性得以保持，且粘接性能優異。而硅改性聚醚1#和 2#樣品在120 ℃和150 ℃高溫放置7 d后，密封膠表面膠面龜裂粉化嚴重，且膠面鼓起明顯，粘接失效，力學性能已無法測試，也就是說硅改性聚醚密封膠的耐高溫能力遠遠不及硅酮密封膠。

裝配式建筑外墻板位于建筑外立面，直接處在大氣環境下，長期承受包括溫度、地震荷載、結構荷載、風荷載、紫外光照射等多種因素的影響，這就需要密封膠具有一系列的綜合性能。雖然硅改性聚醚密封膠具有低污染性和可涂飾性能，可以在裝配式建筑的室內裝飾上發揮優勢，但是耐高溫性能遠不如硅酮密封膠，因此選材方面需要因材施工，不能盲目地確定硅改性聚醚密封膠的使用部位，要按照工程設計的要求嚴格施工。

3 結語

由以上實驗結果得出，硅改性聚醚密封膠的耐高溫能力遠遠不及硅酮密封膠，這是由2種密封膠的主體結構所決定的。

（1）硅酮密封膠由其主鏈為Si-O鍵的特殊結構組成，能形成高分子聚合物彈性體，其鍵能高，賦予了硅酮密封膠優異的耐高低溫性能、優異的耐氧、臭氧、光和氣候老化性能以及電絕緣性能。

（2）硅改性聚醚密封膠的主體結構是以端硅氧烷封端的聚醚聚合物，其主鏈為聚醚的柔性鏈段，相對分子質量與聚二甲基硅氧烷相比較小，支鏈為端硅烷基且為封端的官能團，交聯密度相對較弱，抵抗不了熱作用引起的分子加速運動，使得高溫下的性能大大衰減，與硅酮密封膠無法比擬。

在使用過程中，如若環境條件低于90℃，硅改性聚醚密封膠可以短時間發揮其低模量、易施工、易涂飾的特點，但時間只能保持4 h，工程實際應用意義不大；但是環境條件超過90 ℃且時間大于4 h時，硅改性聚醚密封膠在高溫下的老化情況會越來越嚴重，極易導致密封膠失效。而硅酮密封膠可以在-110～350 ℃條件下，具有最穩定耐高低溫性能。

因此需要耐高溫的部位不能使用硅改性聚醚密封膠，所選材料必定要跟所用部位的特性及所起的作用相符合、相一致。如果在不適宜的部位使用了硅改性聚醚密封膠，起不到所應起的作用，反而給維修及維護帶來一系列問題，增加維修的成本。