單組份脫醇型室溫硫化密封膠的研制

吳健濤 陳炳耀 姚榮茂 全文高 彭小琴

摘 要：試驗研究了交聯劑甲基三甲氧基硅烷的用量、納米碳酸鈣填料的用量以及催化劑的品種對硅橡膠性能和貯存效果的影響。結果表明，選用100份107硅橡膠體系中，搭配5份交聯劑、120份填料、4份催化劑所制硅橡膠貯存周期長，而且拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能優異，有良好的推廣發展前景。

關鍵詞：單組份;脫醇型;室溫硫化硅橡膠;107膠

中圖分類號：TQ436.6 文獻標識碼：A

與其他品種室溫硫化硅橡膠相比，脫醇型硅橡膠具有低毒環保、對基材無腐蝕、刺激性氣味小等優異性能，在建材、家裝市場備受消費者關注和喜愛。但目前市場上的脫醇型單組份室溫硫化硅橡膠，普遍存在長時間貯存后硫化性能下降，或者是生產過程中容易出現“黏度高峰”等質量問題，造成產品品質質量波動、工藝配方控制困難。試驗采用α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠）為基膠，以納米碳酸鈣等填料補強效果，探討了交聯劑、填料、催化劑等原料用量以及品種選擇對單組份脫醇型室溫硫化硅橡膠性能以及貯存穩定性的影響。

1 試驗部分

1.1 主要原料

α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷、201甲基硅油，工業級，道康寧（張家港）投資有限公司;D-20甲基三甲氧基硅烷、LT-171乙烯基三甲氧基硅烷，工業級，湖北新藍天新材料股份有限公司;LM-150氣相法白炭黑，工業級，卡博特（中國）公司;CCR-805納米活性碳酸鈣，工業級，江西白瑞碳酸鈣有限公司;催化劑辛酸亞錫，工業級，新典化學材料（上海）有限公司。HG-2002交聯劑正硅酸乙酯，工業級，杭州硅寶化工有限公司。

1.2 儀器設備

NH（Z）-30真空捏合機，如皋高普捏合機械公司;NYXJ-30雙行星攪拌機，上海諾輝工程科技公司;LX-A邵氏硬度計，上海精密儀器儀表有限公司;WDW-50型微機控制電子萬能試驗機，山東歐貝特試驗設備有限公司。DHG系列電熱恒溫鼓風干燥箱，上海丙林電子科技有限公司;CREE-6040氣動式切試片機，東莞科銳儀器科技公司。

1.3 硅橡膠的制備

按照工藝配方，將α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷、201甲基硅油，加入到真空捏合機攪拌均勻;然后在高速攪拌下加入納米活性碳酸鈣、氣相法白炭黑，直至料溫加熱至110℃后降低攪拌轉速，開啟抽真空閥門繼續攪拌2.5 h，料液全部均勻并脫水后制得基料半成品。

基料半成品冷卻到60℃以下后，取出加入到雙行星攪拌機中，加入交聯劑甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯，抽真空攪拌10 min，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷并在真空條件下攪拌8 min，最后加入催化劑等功能助劑，抽真空攪拌20 min即可出料，以上生產過程保持真空條件在-0.085～-0.092 之間。

1.4 性能測試

表干時間：按照GB/T13477.5-2017《建筑密封材料試驗方法：表干時間的測定》進行測試，用手指端部輕輕接觸硅橡膠樣品上不同部位，記錄手指上無粘附試樣所需的時間;

硬度：根據GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法：邵氏硬度計法》方法，用邵爾A硬度計壓在硅橡膠試樣至少3個不同位置，讀取硬度平均值;

貯存穩定性：將封裝好的試驗樣品放入（85±2）℃、相對濕度（85±2）%的恒溫恒濕試驗箱中，每隔12 h觀測封口處、膠瓶的膠皮形成情況;

拉伸強度和斷裂伸長率：按照GB/T528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》方法，用拉力試驗機將啞鈴狀或工字環狀標準試片進行拉伸測試。

2 結果與討論

2.1 交聯劑用量對硅橡膠性能的影響

硅橡膠體系中添加交聯劑原料，可以有效將107膠中線性聚硅氧烷反應成網狀結構彈性體。交聯劑用量的大小與硅橡膠的硫化速度、交聯密度密切相關，試驗探討了交聯劑用量對單組份室溫硫化硅橡膠性能的影響，試驗數據詳見表1。

從表1數據可以看出，隨著膠液體系中交聯劑用量的增加，硅橡膠表干時間、邵氏硬度值都在逐步增大，而硅橡膠的拉伸強度與斷裂伸長率數值呈現先增加后減小變化。這是因為交聯劑用量越多，硅橡膠的硫化速度變慢、交聯網狀越緊密。所以硅橡膠的表干時間、邵氏硬度會持續增大，并且拉伸強度、斷裂伸長率前期也在提升。但過量的交聯劑加入，造成硅橡膠的柔韌性急劇下降，最后拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能降低。綜合考慮，試驗選擇硅橡膠研制中交聯劑用量5份，所制的硅橡膠力學性能最佳。

2.2 納米碳酸鈣填料對硅橡膠性能的影響

未添加填料的硅橡膠拉伸強度性能差、彈性不足，能夠適用范圍小。活性納米碳酸鈣是硅橡膠產品常用的填料品種，其適量添加可以迅速提升硅橡膠的觸變性、粘接性能，拓廣了硅橡膠產品的使用范圍。試驗中探討了納米碳酸鈣用量對硅橡膠的力學性能的影響，相關數據如表2所示。

從表2數據可以看出，隨著納米碳酸鈣用量的增加，硅橡膠的硬度、拉伸強度與斷裂伸長率都在逐步提升;但納米碳酸鈣的用量超出120份時，此時的硅橡膠的力學性能開始變差，擠出性、表干時間都在縮小，不利于施工操作。綜合硅橡膠成本與性能考慮，一方面要添加大量納米碳酸鈣達到降低成本，同時還要考慮硅橡膠的性能與施工便捷，試驗最終確定納米碳酸鈣的用量為120份。

2.3 催化劑的用量對硅橡膠性能的影響

鈦酸異丙酯、鈦酸酯等均是常見的脫醇型室溫硫化硅橡膠催化劑，但是該類催化劑在硅橡膠體系反應中，容易明顯黏度高峰、硫化長等問題。試驗選擇以辛酸亞錫為催化劑，明顯提升了硅橡膠的貯存穩定性，辛酸亞錫催化劑用量對室溫硫化硅橡膠性能的影響詳見表3。

從表3中數據可以看出，隨著辛酸亞錫催化劑用量的增加，硅橡膠的表干時間縮短、硬度值增大，主要是因為催化劑加速了硅橡膠的硫化速度，減少硅橡膠膠液與空氣接觸時間。同時還可以看出，當催化劑小于5份時，硅橡膠的拉伸強度、斷裂伸長率性能是隨著催化劑用量增加而提升，但當催化劑的用量大于5份時，硅橡膠的拉伸強度、斷裂伸長率性能等力學新年能出現明顯下降。因此選擇催化劑用量為5份時，所制硅橡膠綜合性能最佳。

2.4 貯存周期對硅橡膠性能的影響

脫醇型硅橡膠在硫化過程中產生大量游離醇分子，游離醇分子無色無味、清潔無污染，是脫醇型硅橡膠比其他類型硅橡膠所具有的優勢。但是游離醇性能極其不穩定，長期貯存中容易與催化劑發生反應，威脅到脫醇型硅橡膠的貯存穩定性。試驗中優選新典公司辛酸亞錫為催化劑，所制硅橡膠貯存期綜合性能基本穩定，見表4。

從表4中數據可以看出，隨著樣品貯存周期的延長，硅橡膠的表干時間、斷裂伸長率數值不斷的增大，但密封膠的硬度、拉伸強度性能逐漸下降。主要是因為硅橡膠長時間存放后，不穩定的體系各分子縮合出大分子聚硅氧烷，造成硅橡膠硫化中出現凝膠、表干時間長、粘接性能喪失等問題。從表4數據看出，硅橡膠貯存過程中各項綜合性能均勻變化，但選擇在貯存12個月內將產品用完，基本不影響硅橡膠的粘接、密封性能。

3 結論

脫醇型硅橡膠具有表干時間長、粘接性能好、清潔無污染等優異性能，是當前建材消費市場品種最多、發展最快的縮合型室溫硫化硅橡膠之一。試驗以道康寧公司80 000 MPa·s

黏度α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠）為基膠，選用江西白瑞CCR-805納米碳酸鈣補強效果，加入適量交聯劑、偶聯劑以及辛酸亞錫催化劑等功能助劑，研制出一種具有良好貯存效果的單組份脫醇型室溫硫化硅橡膠。按此配方所研制硅橡膠大量引用納米碳酸鈣，有效降低生產成本;通過交聯劑用量的合理配制，最大量的消耗掉膠液中的微量水分，增強了脫醇型硅橡膠貯存穩定性能。

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