外墻接縫用改性硅酮密封膠的制備與性能研究

胡銘珊 湯國芳

摘 要：針對外墻接縫用硅酮密封膠易受溫度變化、紫外線輻射、水分侵蝕等多種環(huán)境因素及與其自身材料性能影響，導(dǎo)致老化程度加快的情況。選擇二甲基硅油[（C2H6OSi） n]作為增塑劑，納米CaCO 3作為補(bǔ)強(qiáng)填料，經(jīng)過交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑共同作用，在催化條件下，制備得到外墻接縫使用的硅酮密封膠樣品。結(jié)果表明：硅酮密封膠樣品經(jīng)納米CaCO 3改性后，納米CaCO 3的皂化程度、硅酮密封膠的密封性和耐水性得到提高，密封膠的拉伸粘接強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長而逐漸增大，硅酮密封膠的老化過程逐漸變慢。

關(guān)鍵詞： 裝配式建筑；耐水性能；硅酮密封膠；老化過程；外墻接縫；納米CaCO 3

中圖分類號： TU557；TQ436+.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號： 1001-5922（2023）08-0001-03

Study on preparation and properties of modified silicone sealants for exterior wall joints of assembled buildings

HU Mingshan1，TANG Guofang2

（1.Jiuzhou Polytechnic，Xuzhou 221000，Jiangsu China;2.Jiangsu Chengyi Engineering Technology Research Institute Co.，Ltd.，Xuzhou 221000，Jiangsu China）

Abstract： Due to various environmental factors such as temperature changes，ultraviolet radiation，and water erosion，the silicone sealant used for exterior wall joints is affected by its own material properties，leading to an accelerated aging degree.For this reason，the modified silicone sealant for exterior wall joints of prefabricated building was prepared and its properties were studied.Dimethyl silicone oil （C 2H 6OSi） n was selected as the plasticizer，nano CaCO 3 was used as the reinforcing filler，and mixed with （C 2H 6OSi） n.Under catalytic conditions，a silicone sealant for exterior wall joints was prepared through the combined action of crosslinking and coupling agents.The results show that the prepared samples are modified with nano CaCO 3，which improves the saponification degree of nano CaCO 3，improves the sealing and water resistance of silicone sealant，extends the curing time，and improves the tensile bonding strength of the sealant.After modification with nano calcium carbonate，the aging process of silicone sealant gradually slows down.

Key words： assembled building;water resistance;silicone sealants;aging process;exterior wall joints;nano-calcium carbonate

硅酮密封膠和聚氨酯密封膠在建筑外墻接縫中的使用非常廣泛[1]。硅酮密封膠在使用過程中雖然具有比較好的耐候性，但是仍然會導(dǎo)致建筑外墻出現(xiàn)裂縫，甚至?xí)霈F(xiàn)滲水和漏水問題[2-3]。因此，對硅酮密封膠實(shí)施改性是提高其密封性能的一個重要手段。

為解決以上問題，許多學(xué)者對密封材料領(lǐng)域已作出了相關(guān)研究，且取得了較好測試結(jié)果。根據(jù)有機(jī)硅（SR）、聚氨酯（PU）和改性有機(jī)硅（MS）材料質(zhì)保密封膠試件。采用熱失重分析、流動熱力學(xué)分析以及體積擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)等手段，研究其在不同老化條件下的力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律與作用機(jī)制[4]。將三聚氰胺磷酸酯（MPP）/二季戊四醇（DiPE）作為阻燃劑配體，采用白炭黑與改性硅灰石作為成型填料，研制出一種可用于溫室成型的陶瓷化硅樹脂密封材料。考察了阻燃劑對其燒蝕制得陶瓷材料的性質(zhì)影響[5]。

基于以上研究，本試驗(yàn)通過制備改性的硅酮密封膠，測試其在應(yīng)用中的性能，從而延長密封膠在使用過程中的壽命。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

在硅酮密封膠的制備和性能測試過程中，選用的實(shí)驗(yàn)材料與試劑：氫氧化鈉（純度≥96.0%），濟(jì)南卡地亞化工有限公司；乙烯基（甲基乙基酮肟）硅烷（VOS，純度≥95.0%），湖北康迪斯化工有限公司；納米CaCO痓，衢州明輝納米科技有限公司；二甲基硅油（（C 2H 6OSi）n，黏度500 Pa·s），上海聚美康化工有限公司；NH 2（CH 2） 3Si（OC 2H 5） 3（純度≥96.0%），南京坤成化工有限公司；C 13H 27N 3O 3Si（純度≥95.0%），衢州波濤化工有限公司；C 9H 20O 5Si（純度≥98.0%），吉林永生克生化科技有限公司；聚二甲基硅氧烷（20 000、80 000 Pa·s），成都嘉葉生物科技有限公司;硬脂酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)38%），上海脈鉑醫(yī)藥科技有限公司；二丁基二月桂酸錫（18.0%），南通創(chuàng)海化工廠。

為了提高硅酮密封膠的性能，利用納米CaCO 3對硅酮密封膠實(shí)施改性[6]，其性能指標(biāo)如表1所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

密封膠的制備與性能測試中，選取相關(guān)的儀器設(shè)備：WHTH-80恒溫恒濕箱，東莞市正藍(lán)精密儀器有限公司；A60試驗(yàn)型高剪切乳化機(jī)，上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司；TP-U5D電子式萬能試驗(yàn)機(jī)，河北騰龍?jiān)囼?yàn)儀器有限公司；PM43高黏度流量計(jì)，廣西蘭溪德儀器有限公司；HDW-2KN電子式萬能試驗(yàn)機(jī)，東莞市巨亞檢測儀器設(shè)備有限公司；3H-2000PM高精度表面積分析儀，北京彼奧德電子技術(shù)有限公司；BQF5-5000L試驗(yàn)型強(qiáng)力分散機(jī)，廣東同創(chuàng)重工機(jī)械股份有限公司；HNY-0S干燥箱，上海密尋儀器設(shè)備有限公司。

1.3 硅酮密封膠制備

選擇二甲基硅油（C 2H 6OSi） n作為樣品制備的增塑劑，納米CaCO 3作為補(bǔ)強(qiáng)填料[7]，將其與（C 2H 6OSi） n共同放入試驗(yàn)型強(qiáng)力分散機(jī)，在壓力為0.085～0.095 MPa的真空環(huán)境中攪拌3～6 h[8]，以獲得基膠。將基膠冷卻放置，當(dāng)溫度冷卻到30～45 ℃時，分別將C 13H 27N 3O 3Si和VOS這2種交聯(lián)劑依次添加到制備的基膠中，再添加水溶性3-氨丙基三乙氧基硅烷（NH 2（CH 2） 3Si（OC 2H 5） 3）和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷（C 9H 2 0O 5Si）2種偶聯(lián)劑，在催化劑的條件下，將所有試劑混合[9]，當(dāng)真空環(huán)境到達(dá)0.085～0.095 MPa，攪拌0.5～1.5 h 后獲得膠料[10]。將其送入壓力機(jī)上，即可獲得硅酮密封膠。將硅酮密封膠置于標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境中1 周[11]，然后制備出指定的樣品，用來檢測其性能。

1.4 測定與表征

在ASTM D 638M—1984的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)下，選擇60 mm/min的拉伸速度，測試樣品拉伸過程中的強(qiáng)度和斷裂時的伸長率。

選擇10 mm×10 mm×5 mm的混凝土基材和10 mm×5 mm的硅酮密封膠，在GB/T 1477—2002的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)下，測試樣品粘接過程中的養(yǎng)護(hù)時間。

將試樣放入萬能試驗(yàn)機(jī)，在GB 16776—2005的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)下，測試樣品的拉伸粘接性能。

2 結(jié)果分析

2.1 流動性能測試

根據(jù)納米CaCO 3的皂化率與漿液的比表面積，測試硅酮密封膠的黏度和在10 s內(nèi)成型的擠出量，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，對于比表面積較低的納米CaCO 3而言，膠液的擠出量更高，但黏度比較低。由此可知，通過提高化學(xué)反應(yīng)的涂布效率及均勻性，可以有效地提高硅酮密封膠的密封性。

2.2 耐水性能測試

由于裝配式建筑外墻接縫所處的環(huán)境條件比較苛刻，需要承受各種氣候條件和水的侵蝕。因此，硅酮密封膠必須具有很好的耐水性能，才能夠在長期的使用中保持良好的密封效果。將硅酮密封膠在24 ℃、50%濕度的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下放置1周，得到試件。經(jīng)過21 d的養(yǎng)護(hù)，浸泡在25 ℃的蒸餾水中1周，利用納米CaCO 3的的皂化率與漿液的比表面積，測試硅酮密封膠的耐水性能，結(jié)果如表2所示。

由表4可知，當(dāng)納米CaCO 3的皂化程度在10%～20%時，改性之后的密封膠具有超過96%的強(qiáng)度保持率，說明皂化處理能夠有效提高密封膠的耐水性。

2.3 養(yǎng)護(hù)時間與力學(xué)性能

對于裝配式建筑外墻接縫用硅酮密封膠，固化的時間通常存在差異，將其劃分為初固化、基本固化和完全固化。在不同的養(yǎng)護(hù)時間下，樣品的力學(xué)性能也存在差異，當(dāng)固化時間不同時，得到了樣品在受拉狀態(tài)下的粘結(jié)強(qiáng)度，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，硅酮密封膠的拉伸粘接強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長而逐漸增大。在相同的養(yǎng)護(hù)時間下，利用納米碳酸鈣對硅酮密封膠改性之后，其拉伸粘接強(qiáng)度明顯提高。

2.4 不同條件下的耐久性

在光照、浸水和熱的條件下，接縫處的硅酮密封膠的老化速度較快，分別在標(biāo)態(tài)、浸水條件以及光/水/熱作用下，對樣品的拉伸粘接強(qiáng)度測試，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，無論是在浸水條件下，還是光照、浸水、加熱的共同作用下，樣品的拉伸粘接強(qiáng)度都比標(biāo)準(zhǔn)條件下要小；且無論在哪種條件下，經(jīng)過改性的密封膠比不經(jīng)過改性的密封膠的拉伸粘接強(qiáng)度都大。

3 結(jié)語

為了提升接縫用密封膠的使用壽命，提出了裝配式建筑外墻接縫用改性硅酮密封膠的制備與性能研究。結(jié)果顯示，利用納米碳酸鈣對密封膠改性之后，硅酮密封膠的各項(xiàng)性能都有所提高，可以減慢密封膠的老化過程。雖然此研究取得一定成果，但還存在很多需要改進(jìn)的地方。

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