基于成本因素的不同建筑用膠改性及材料控制

摘要：基于成本控制對建筑用膠的設計與應用需求，本文以傳統氰酸酯膠粘劑為研究對象，通過在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑的方法，考察了其對建筑用膠熱穩定性、粘接性能等影響，并分析了基于成本控制的建筑用膠的應用。結果表明，無論是苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚改性前還是改性后，膠粘劑的紅外光譜圖中的特征峰位置差異不大，都存在—OH特征吸收峰、—CH3特征峰、—OCN特征峰、C===N特征峰和Cr0特征峰。在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的熱穩定性有不同程度增大，焦炭產量有少量增加，表明改性膠粘劑能夠保證氰酸酯膠粘劑有良好熱穩定性。在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的剪切強度都有不同程度的增大。基于成本控制的建筑用膠的適宜改性劑添加為1%的對苯二酚。

關鍵詞：成本控制；建筑用膠；改性；熱穩定性；粘接性能

中圖分類號：TQ437+.1文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0008-04

Modification and material control of different building adhesives based on cost factors

BAO Lirong，XU Xia

（Nanjing Tech University Pujiang Institute，Nanjing 211200，China）

Abstract：Based on the design and application requirements of cost control for building adhesives，this paper took traditional cyanate adhesive as the research object，and investigated its influence on the thermal stability and bond-ing properties of building adhesives by adding phenol，hydroquinone，resorcinoland resorcinol to the adhesives，and analyzed the application of building adhesives based on cost control.The results showed that no matter before or af-ter modification of phenol，hydroquinone，resorcinoland resorcinol，there was little difference in the positions of the characteristic peaks in the IR spectra of the adhesive，and there were all the characteristic peaks of—OH absorp-tion，—CH3，—OCN，C===N and Cr0.After adding phenol，hydroquinone，resorcinoland resorcinol to the adhesive，the thermal stability of the adhesive sample increased to different degrees，and the coke yield increased slightly，which indicated that the modified adhesive could ensure the good thermal stability of the cyanate adhesive.After adding phenol，hydroquinone，resorcinol and resorcinol to the adhesive，the shear strength of the adhesive samples increased to different degrees.The suitable modifier for construction glue based on cost control is 1%hydroquinone.

Key words：cost control；construction glue；modified；thermal stability；bonding property

建筑用膠的研發主要集中在環保型建筑用膠的研發和應用，以及技術創新以滿足更廣泛的建筑需求[1]。隨著全球建筑業的持續發展，對建筑用膠的需求不斷增長，尤其是在住宅、商業和工業建筑領域[2]。環保意識的提高使得市場對環保型建筑用膠的需求增加，推動了行業對環保型膠粘劑的研發和應用。新型建筑用膠的開發和應用，如高強度、耐候、防水的膠粘劑，滿足了更廣泛的建筑需求[3]。此外，隨著新材料和技術的不斷涌現，建筑用膠行業將不斷創新，以滿足更廣泛的建筑需求。隨著現代建筑結構對膠粘劑熱穩定性和粘接性能要求的提高，需要對傳統氰酸酯膠粘劑進行改性處理以提高其使用性能[4-6]。目前，建筑用膠在現代建筑結構中應用較為廣泛，存在使用需求量大、使用成本較高等問題[7-8]，為了在不明顯增加生產成本的基礎上提高建筑用膠的使用性能，本文以傳統氰酸酯膠粘劑為研究對象，通過在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑的方法，考察了其對建筑用膠熱穩定性、粘接性能等影響，結果將有助于新型建筑用膠的設計與開發，以滿足市場的不斷變化需求。

1試驗材料與方法

1.1材料與設備

材料：雙酚A型氰酸酯樹脂（99.23%，淄博齊風川潤化工有限公司）；苯酚（99.82%，山東強森化工有限公司）；無水乙醇（99.69%，滄州德信生物技術有限公司）；硝酸（99.71%，滄州德信生物技術有限公司）；對苯二酚（99.53%，中國醫藥集團有限公司）；間苯二酚（99.82%，中國醫藥集團有限公司）；間苯三酚（99.90%，中國醫藥集團有限公司）；無水碳酸鈉（99.85%，廊坊納科新材料技術有限公司）；氫氧化鈉（99.78%，廊坊納科新材料技術有限公司）；乙酰丙酮鈷（98.93%，廊坊納科新材料技術有限公司，簡稱CoAt）。

設備：DF101S型攪拌加熱器（常州市中貝儀器有限公司）；105型電熱干燥箱（常州市中貝儀器有限公司）；耐馳DSC214型差示掃描量熱儀（德國耐馳公司）；Nicolet 550II型紅外光譜儀（美國NICOLET公司）；TGA5500熱重分析儀（TA儀器公司）；GNT50型微機控制電子拉伸試驗機（鋼研納克檢測技術股份有限公司）。

1.2建筑用膠制備

共設計制備了5種氰酸酯膠粘劑，分別為CoAt/氰酸酯（簡稱為Ⅰ，氰酸酯含量為100%、CoAt含量為0.05%）；苯酚/CoAt/氰酸酯（簡稱為Ⅱ，氰酸酯含量為99%、苯酚含量為1%、CoAt含量為0.05%）；對苯二酚/CoAt/氰酸酯（簡稱為Ⅲ，氰酸酯含量為100%、對苯二酚含量為1%、CoAt含量為0.05%）；間苯二酚/CoAt/氰酸酯（簡稱為Ⅳ，氰酸酯含量為100%、間苯二酚含量為1%、CoAt含量為0.05%）；間苯三酚/CoAt/氰酸酯（簡稱為Ⅴ，氰酸酯含量為100%、間苯三酚含量為1%、CoAt含量為0.05%）。

在溫度120℃條件下按照上述成分配比先加入除CoAt以外的原料，混合均勻后再加入CoAt，降溫至108℃后持續攪拌1 h，然后轉入真空烘箱中進行30 min消泡處理。膠粘劑完全消泡后室溫倒入不銹鋼模具中，然后將裝入模具的膠粘劑一并進行固化處理，固化處理工藝共分為4步：（1）138℃保溫60 min，空冷至室溫；（2）158℃保溫120 min，空冷至室溫；（3）178℃保溫120 min，空冷至室溫；（4）198℃保溫180 min，空冷至室溫。固化處理后得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膠粘劑。

1.3性能測試

差示掃描量熱（DSC）測試：采用DSC214型差示掃描量熱儀對5種膠粘劑試樣進行差示掃描量熱測試，升溫速率為5℃/min；紅外光譜測試：采用Nicolet 550II型紅外光譜儀對膠粘劑試樣進行紅外光譜測試，波長范圍介于400～4 000 cm-1之間；熱重分析：采用TGA5500熱重分析儀進行熱重分析；粘接性能：采用GNT50型微機控制電子拉伸試驗機對膠粘劑試樣進行室溫拉伸性能測試，拉伸速率控制在2mm/min。

2結果與分析

2.1固化反應溫度

圖1為不同組分建筑用膠的DSC測試。

由圖1可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膠粘劑的放熱峰溫度分別為157、161、142、135和151℃;從最大放熱峰溫度測試結果看，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膠粘劑的最大放熱峰溫度分別為219、203、184、189和202℃;從最終放熱峰溫度測試結果看，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膠粘劑的最終放熱峰溫度分別為249、241、216、219和242℃。可見，在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的最大放熱峰溫度有不同程度降低，這主要是因為酚類的加入會影響羥基反應活性并抑制—OCN和—OH的相互反應的緣故[9-10]。此外，從最大放熱峰溫度測試結果看，加入對苯二酚的膠粘劑可以有效降低固化熱風熱，且添加量僅僅需要1%，在滿足了建筑用膠改性需求的同時，還可以有效節約生產成本[11]。因此，從固化放熱風角度，基于成本控制的建筑用膠的適宜改性劑添加為1%的對苯二酚。

圖2為不同組分建筑用膠的紅外光譜測試結果。

由圖2可知，無論是苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚改性前還是改性后，膠粘劑的紅外光譜圖中的特征峰位置差異不大，都存在—OH特征吸收峰、—CH3特征峰、—OCN特征峰、C===N特征峰和Cr0特征峰，只是不同膠粘劑的特征峰強度存在差異，這主要是因為不同改性劑加入膠粘劑后會影響整個氰酸酯膠粘劑體系的固化速率[12]，不同固化速率下形成的特征峰含量存在差異所致。

2.2熱穩定性

圖3為不同組分建筑用膠的熱穩定性測試結果，分別列出了不同組分建筑用膠的的熱重曲線（TG曲線）和微商熱重曲線（DTG曲線）。從圖3（a）的熱重曲線可知，隨著溫度的升高，5組建筑用膠的質量百分比整體都呈現逐漸降低的趨勢。從玻璃化轉變溫度測試結果看，膠粘劑Ⅰ的玻璃化轉變溫度為300.8℃、膠粘劑Ⅱ的玻璃化轉變溫度為288.1℃、膠粘劑Ⅲ的玻璃化轉變溫度為297.5℃、膠粘劑Ⅳ的玻璃化轉變溫度為291.9℃、膠粘劑Ⅴ的玻璃化轉變溫度為294.4℃。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膠粘劑質量損失率均為5%時對應的溫度T5%分別為364.4、357.8、373.3、362.3和343.1℃，質量損失率10%時對應的溫度T10%分別為411.7、413.0、419.5、412.6和388.3℃，溫度800℃時的焦炭產量分別為32.1%、32.5%、34.6%、32.4%和33.8%。由此可見，在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的熱穩定性有不同程度增大。此外，在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的焦炭產量有少量增加，這表明改性膠粘劑能夠保證氰酸酯膠粘劑有良好熱穩定性[13-14]。

2.3粘接性能

不同組分建筑用膠的粘接性能測試結果：未添加苯酚等的膠粘劑Ⅰ的剪切強度為23.33 MPa；在膠粘劑中加入苯酚后，膠粘劑Ⅱ的剪切強度有所增加，約為25.09 MPa；在膠粘劑中加入對苯二酚后，膠粘劑Ⅲ的剪切強度進一步增加，約為26.44 MPa；在膠粘劑中加入間苯二酚后，膠粘劑Ⅳ的剪切強度為26.04 MPa；在膠粘劑中加入間苯三酚后，膠粘劑Ⅴ的剪切強度為25.97 MPa。對比分析可知，在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的剪切強度都有不同程度的增大，剪切強度從大至小順序依次為：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅱ、Ⅰ，即加入對苯二酚改性后的膠粘劑Ⅲ的剪切強度最大，具有最佳的粘接性能。這主要是因為酚類的加入可以改善聚氰酸酯中的內部結構，如降低分子結構中的三嗪環占比[15]，在固化過程中可以有效增強韌性并抑制裂紋萌生和擴展[16-17]。

2.4基于成本控制的應用

2.4.1成本因素分析

建筑用膠的成本包括原材料成本、生產過程中的管理費用、稅金以及利潤等。首先，原材料成本是建筑用膠成本的重要組成部分。例如，多功能建筑用膠的原材料成本為3元/kg，而SBS改性瀝青防水材料的材料費用為63.3元/m2，其中包括SBS改性瀝青材料和SBS改性瀝青防水材料的成本12元/m2。這些成本差異反映了不同類型的建筑用膠及其應用場景的不同。其次，生產過程中的管理費用也是成本分析中的重要一環。例如，SBS防水施工的管理費用為4元/m2，這涵蓋了項目管理和監督的成本。稅金和利潤是成本分析中不可忽視的部分，如稅率為9%，稅金為8元/m2，而利潤率設定為10%，利潤為8.1元/m2。這些費用的計算有助于確保企業在合法納稅的同時，也能獲得合理的利潤，保持企業的持續運營和發展。綜上所述，建筑用膠的成本分析是一個綜合性的過程，涉及到原材料成本、管理費用、稅金和利潤等多個方面的考慮。通過詳細的成本分析，企業可以制定出既合理又具有競爭力的報價，同時保證項目的質量和效益。對于量大面廣的建筑用膠而言，控制原材料成本和生產成本是提高建筑用膠經濟性和市場競爭力的有效手段。

2.4.2應用分析

建筑膠粘劑在建筑工程上的應用非常廣泛，是不可或缺的材料。它們不僅用于道路標志、水壩防漏、軍事工程應急維修，還在建筑結構、混凝土界面處理、瓷磚粘接、建筑飾面磚彩色填縫、石材粘接以及防水等多個方面發揮重要作用[18]。在選擇和使用建筑膠粘劑時，成本控制是一個重要的考慮因素。通過選擇性價比高的產品，合理使用膠粘劑，可以在保證工程質量的前提下，降低工程成本，提高經濟效益。例如，應用于瓷磚膠粘劑、石材膠粘劑、界面處理劑等領域的建筑用膠粘劑，這些膠粘劑需要根據具體的使用部位進行分類，能夠滿足不同的施工需求[19-20]，通過對膠粘劑進行改性提升10%的綜合性能，而生產成本控制在5%及以下，可以在保證工程質量的同時，實現成本的有效控制，從而提高整個建筑工程的經濟效益。

3結語

為了在提升建筑用膠使用性能的基礎上降低建筑用膠的生產成本，嘗試通過在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑的方法，考察了其對建筑用膠熱穩定性、粘接性能等的影響。

（1）無論是苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚改性前還是改性后，膠粘劑的紅外光譜圖中的特征峰位置差異不大，都存在—OH特征吸收峰、—CH3特征峰、—OCN特征峰、C===N特征峰和Cr0特征峰；

（2）在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的熱穩定性有不同程度增大；

（3）在膠粘劑中加入苯酚、對苯二酚、間苯二酚和間苯三酚等改性劑后，膠粘劑試樣的剪切強度都有不同程度的增大，剪切強度從大至小順序依次為：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅱ、Ⅰ，即加入對苯二酚改性后的膠粘劑Ⅲ的剪切強度最大，具有最佳的粘接性能。

【參考文獻】

[1]張引，劉宇，何永豪.建筑外墻用保溫材料防火膠粘劑的制備與粘接性能分析[J].化學與粘合，2024，46（5）：474-477.

[2]段紅莉，馮功斌.建筑幕墻用硅酮結構密封膠質量控制策略[J].中國住宅設施，2020（4）：97-99.

[3]何冬曉.新型建筑材料在生態住宅建筑中的應用研究[J].居舍，2024（2）：20-22.

[4]郝勵.高彈性改性聚醚密封膠的制備與密封性能研究[J].化學與粘合，2024，46（2）：142-146.

[5]胡曉珍.裝配式建筑密封膠與外墻涂料搭配性研究[J].新型建筑材料，2024，51（7）：85-90.

[6]王麗燕，趙宇航.高溫環境下建筑加固用環氧樹脂結構膠粘接性能分析[J].粘接，2024，51（7）：1-4.

[7]汪洋，王文歡，蔣金博，等.既有幕墻屋面接縫用硅酮密封膠老化性能調研分析[J].中國建筑防水，2023（11）：28-33.

[8]鄭沁宇，張莉莎，王興梅.硅烷聚醚樹脂改性外墻密封膠制備及性能研究[J].粘接，2024，51（06）：8-11.

[9]李萃.促進劑改性增強SPU建筑密封膠混凝土的粘接性能研究[J].粘接，2024，51（2）：27-30.

[10]田倫，占華生，羅華明，等.單組分低模量硅烷改性聚醚密封膠的制備及性能研究[J].中國建材，2023（8）：132-135.

[11]王亞蘭.建筑裝修裝飾用丙烯酸酯改性密封膠制備及性能分析[J].粘接，2024，51（7）：54-56.

[12]郭嘉玲，朱應和.建筑密封膠防霉性能試驗標準對比分析[J].中國建筑防水，2023（7）：48-51.

[13]常虎.建筑幕墻用結構膠的相關性能分析[J].安徽建筑，2024，31（5）：75-77.

[14]包海利.裝配式建筑玻璃幕墻接縫用密封膠性能測試[J].液壓氣動與密封，2023，43（7）：92-97.

[15]李澤昊.氣候效應和板材對建筑用膠帶黏性的影響[J].房地產世界，2023（3）：26-30.

[16]曾慶宇.耐候性環氧改性聚氨酯膠粘劑制備及應用研究[J].造紙裝備及材料，2024，53（4）：55-57.

[17]翟思敏，黃金霞.納米填料改性環氧樹脂建筑保溫材料的制備及性能研究[J].功能材料，2024，55（3）：3102-3106.

[18]饒蓮.納米纖維融合改性建筑結構膠制備及性能測試[J].粘接，2024，51（06）：23-26.

[19]張志超，都曉春.智慧社會發展背景下口腔粘結劑經濟成本管理分析[J].粘接，2020，41（5）：168-172.

[20]楊茂偉，劉冬，王志強，等.吸濕對氰酸酯膠膜蜂窩夾層結構膠接性能的影響[J].工程塑料應用，2015，43（1）：58-63.

（責任編輯：張玉平）