超细碳酸钙对端硅烷基聚醚密封胶性能影响的研究

建筑接缝密封与防水 漱褫，燃濑灏搿蕊瓣燃黼徽醚獭瀛镕黼魏嬲溅黎鬻戮徽镢鳓黼翰霸戮凝戳露越黝黝国旗溺黼瞄戮嬲醚l夔函§幽蝣溉自‰茹糟＆目鳓黼∞《娥{施女自％斟自漱， 起细碳酸钙对端硅烷基聚醚密封胶 性能影响的研究 周福维1，王奉平1，马文石2 (1．广州新展有机硅有限公司，广东广州510385；2．华南理工大学材料中心，广东广州510640) 摘要：实验分析了不同品种、不同规格、不同添加量的超细碳 酸钙对端硅烷基聚醚密封胶性能的影响。通过检测密封胶的 流变性能、力学性能以及观察扫描电镜图，考察了超细碳酸钙 对密封胶的补强效果及相容性。 关键词：超细碳酸钙；端硅烷基聚醚；密封胶；性能 文章编号：1007--497X(2010)—09—0017-05 中图分类号：TU57+8 文献标识码：B Studyoninfluenceofultrafmecalciumcarbonatein propertiesofsiliconatkylterminatedpolyethersealanti／Zhou Fuwei，WangFengping，MaWenshi Abstract：，11lisarticleanalysesinfluenceofdifferentvarieties． specificationandamountofultrafinecalciumcarbonatein propertiesofsiliconalkylterminatedpolyethersealant．Itstudies reinfowingcapacityandcompatibilityofcalciumcad)onateby testingrheologic，mechanicalpropertiesandSEMofthesealant． Keywords：ultrafinecalciumcarbonate；siliconalkylterminated polyether；sealant；property 0前言 作为传统的高档弹性密封胶，聚硫密封胶、聚氨 酯密封胶和硅酮密封胶，对建筑行业的高速发展发挥 了重要的推动作用。但是这些传统的密封胶存在着 难以克服的缺点，例如：聚硫密封胶低温固化慢，固化 物压缩变形大，易老化发硬，并且胶料呈臭味；单组分 聚氨酯密封胶固化速度慢，固化时会释放二氧化碳气 体使胶层起泡，造成薄弱环节，且表面发黏；硅酮密封 胶再装饰性差，胶层内增塑剂易渗析迁移，沾污周围 饰物。因此，有必要不断探索、开发综合性能更为均 衡的新型改性密封胶。 端硅烷基聚醚密封胶具有优良的粘附性、耐候 性、耐热性、耐寒性、工艺操作性能，且伸长率高、拉伸 强度和模量可调，在日本和欧美已得到迅猛发展。 1996年，端硅烷基聚醚密封胶在日本建筑密封胶市 场的占有率达36％，成为弹性建筑密封胶的第一大 品种【ll。到20世纪90年代末，在欧洲和北美，端硅烷 基聚醚密封胶已占到密封胶市场的25％左右，并且 市场占有率还在不断上升。 在我国，改性密封胶的研究主要侧重于聚氨酯预 聚体法制备硅烷改性密封胶，而对端硅烷基聚醚预聚 体及其密封胶的研究不多，并且仍处于预聚体制备的 实验阶段12-91。笔者近年一直从事硅烷改性聚醚及其 密封胶的研究开发，对端硅烷基聚醚的合成和性能的 提高做了大量的工作，并且成功研制了建筑用硅烷改 性聚醚弹性密封胶。碳酸钙常常被用作弹性密封胶 的补强、增量填料，原因是使用碳酸钙不仅可以降低 成本，而且还可以提高密封胶的性能陋131。因此，将超 细碳酸钙应用在单组分端硅烷基聚醚密封胶中有着 重要的意义，值得专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究。 1实验部分 1．1主要原料 端硅烷基聚醚$303(25℃时黏度14．2Pa·s)、超 细活性轻质碳酸钙、超细轻质碳酸钙、复合催化剂、 建筑接缝密封与防水 黜黜戳魄汹嘲溉汹晒斌编蝓馘溅勰辎鳓嘲瀚凝嘲隧溯翰嘲黝爆酾渤隧豳豳豳鳓黼鳓醐嘲鳓瀚瓣溺鳓嘲戮黝鳓凇麟凌黝鞠嗣鲻冁煳 XZ—021氨基硅烷、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、乙烯 基三甲氧基硅烷、触变剂、二氧化钛、光稳定剂 Tinuvin327，均为工业品，市售。 1．2密封胶的制备 1．2．1基料的准备 在5L的Z型捏合机中加入端硅烷基聚醚预聚 体、超细碳酸钙粉末、二氧化钛、邻苯二甲酸二辛酯， 然后升温捏合4—5h，并在真空的条件下脱除体系中 的水分，冷却出料备用。 1．2．2胶料的制备 在2L的行星搅拌机中加入碳酸钙混合料，抽真 空脱泡，然后在氮气的保护下按比例加入乙烯基三甲 氧基硅烷、XZ—021氨基硅烷和复合催化剂，搅拌均 匀后装入塑料筒中密封保存。 lt3性能测试 1．3．1黏度测试 温度(25+2)℃条件下，使用BrookfieldBS型黏 度计7#转子进行测试，转速1r／rain。 I．3．2挤出性测试 按标准GB／T13477．3—2002《建筑密封材料试验 方法第3部分：使用标准器具测定密封材料挤出性 的方法》的规定进行测试，挤出孔选用直径为4mm 的喷口。 1．3．3下垂度测试 按标准GB／T13477．6—2002《建筑密封材料试验 方法第6部分：流动性的测定》中6．1的规定进行测 试。 1．3．4力学性能测试 样品的力学性能试验，按标准GBfr13477．8— 2002《建筑密封材料试验方法第8部分：拉伸粘结性 的测定》的规定制样，采用铝板和玻璃板，用国产 DXLL一3000型电子拉力机测试拉伸强度和伸长率。 1．3．5 SEM分析 使用日本岛津公司EPMA一1600电子探针观察 填料在密封胶中的分散状况。 2结果与讨论 2．1超细碳酸钙对密封胶流变性能的影响 表1是不同超细碳酸钙品种及其不同添加量对 密封胶流变性能影响的数据。 表1超细碳酸钙填充的密封胶的流变性能 实验 碳酸钙平 碳酸钙用 胶料黏度 挤出性 下垂度 序号 均粒径-／0．m量，质量份 ／(Pa-s)／(m1．／min)／mm 100 l 986 698 0．2 l 0．06 120 2560 385 0 150 3280 116 0 100 l820 785 1．O 2 O．08 120 2380 480 O 150 2898 220 0 100 l 425 1 050 3．O 3 o．12 120 l 730 658 2．0 150 2040 560 0．I 100 l 045 1 845 流淌 4 0．∞ 120 1410 l 530 流淌 150 l850 920 流淌 注：实验l一3使用的是表面经脂肪酸处理的碳酸钙；实验4使用 的是表面未处理的碳酸钙。实验l一4中：邻苯二甲酸二辛酯50份 (质量份，下同)，二氧化钛20份，触变剂1份，乙烯基三甲氧基硅烷4 份，复合催化剂1．5份，XZ--021氨基硅烷2份，Tinuvin327光稳定剂 l份。 从表1可以看出： 1)粒径相同的碳酸钙，添加量增加，胶料的黏度 增大，挤出速率降低。 2)表面经脂肪酸处理过的碳酸钙，在添加量相同 的情况下，粒径越小，体系的黏度越大，挤出速率越 低。 3)根据建筑现场施工的经验，在垂直面上施工密 封胶，下垂度值需为0。而使用表面未处理的碳酸钙 以及表面经脂肪酸处理、粒径为0．12¨m的超细碳酸 钙填充制得的密封胶，即使碳酸钙的用量达到150 份，胶料黏度仍然偏低，下垂度大于0，不能达到垂直 面上施工的密封胶要求。 4)使用粒径0．08斗m和O．06¨m，且表面经脂肪 建筑接缝密封与防水 嘲麓黼翻鬣缀躐鬻溺缫戮缎冁粼黢攫赣糍翻豳鞫嘲礅蹬醴辫懿蕊戮灞嘲鞠豳鞠瓣魁黢獭朗黼爨酾搿溺黼鞲嬲蕊黼隧漱自幽《醯蕊s∞瓣绷鼬幽*目魄魁；激％黼汹溺戡 酸处理的超细碳酸钙制得的密封胶，当碳酸钙的添加 量为100份时，胶料黏度还是偏低，下垂度大于0，不 符合实际施工要求；当碳酸钙的添加量为150份时， 胶料的下垂度为0，但黏度偏大，挤出速率偏低，也不 利于实际施工操作；只有当碳酸钙的添加量为120份 时，胶料黏度适中，有良好的触变性，并且拉伸强度及 弹性都较好，可以满足建筑用密封胶的使用要求。 所以，实际生产中可以选用表面经脂肪酸处理的 粒径为0．06p．m和O．08¨m的超细碳酸钙作为密封 胶的补强填料，适合的添加量为120份。 2．2超细碳酸钙对密封胶力学性能的影响 表2是不同超细碳酸钙品种及其不同添加量对 密封胶力学性能影响的数据。 表2超细碳酸钙填充的密封胶的力学性能 实验 碳酸钙平 碳酸钙用 100％模量拉伸强度 伸长率 序号 均粒径-／v．m量／质量份 ，MP8 ，MPa ，％ 100 O．7l O．93 442 1 0．06 120 O．78 1．05 505 150 0．8l 1．15 396 100 O．62 O．76 405 2 O．08 120 O．65 0．84 486 150 O．76 O，93 369 l∞ 0．54 O．65 236 3 O．12 120 0．6l 0．70 24l 150 0．70 O．85 148 100 4 0．∞ 120 150 注：实验I一3使用的是表面经脂肪酸处理的碳酸钙；实验4使用 的足表面未处理的碳酸钙。实验l—4中：邻苯二甲酸二辛酯50份 (质量份，下同)，二氧化钛20份，触变剂l份。乙烯基j甲氧基硅烷4 份，复合催化剂1．5份，XZ--02]氨基硅烷2份，Tinuvin327光稳定剂 l份。 用力结合，还会通过链与链之间缠结，从而增加补强 效果。而表面未经脂肪酸处理的碳酸钙，由于其填充 的密封胶黏度太低，极易流淌，无法制备出H型试 件，所以试验无法进行。 从表2发现，表面经脂肪酸处理的碳酸钙，在添 加量相同的情况下，粒径越小，密封胶的模量和拉伸 强度就越高，伸长率越大。这是因为碳酸钙粒径越小， 比表面积就越大，在体系中与聚合物接触的表面积就 越多，补强点也就越多。而对于同一粒径的碳酸钙， 添加量增加，100％模量和拉伸强度均随之增大，伸长 率则随之降低。 图l_3是实验1q填充量为120份的密封胶 样品的拉伸应力一伸长率的曲线图。从图中可以直观 地看出，同样的添加量添加粒径不同的样品，拉伸强 度和伸长率之间存在差别。 Z R 霎492 辍 O 罗rrry；；i’；jj”臻 i_-．ii}；；；，；{．!；．麓 包i+io；；{i；．；{；鹆量．≯翟-■叠∥万：一一⋯y≯一j。≯r≮ 盼蚓’≯嚣 0 320 640 伸长率，％ 图1实验l密封胶样品的拉伸应力一伸长率示意图 988 专 长 望492 迥 O F "n{} 一”j“镧 {．嚣 ，，H，H啐^：一⋯i：·．巧 I： ： ：≈ 墓 I： 《 l： ．。．己扳． 一；、i二矗 O 320 640 从表2可以看出，使用表面经脂肪酸处理的碳酸 伸长率，％ 钙填充的密封胶具有良好的拉伸强度和伸长率，原因 图2实验2密封胶样品的拉伸应力一伸长率示意图 是经过处理的碳酸钙表面结合了长碳链的脂肪酸，脂 2．3超细碳酸钙填充的密封胶断面电镜分析 肪酸的长碳链与聚醚分子链不仅可以通过分子间作 通过观察密封胶断面的SEM图，可以考察超细 建筑接缝密封与防水 ‰A础“*∞一Ⅻ^㈣。m瓤如☆《函$魏豳M淄濑貔妒黝戮麓勰激㈣懑黝溅勰缨擞黝瀚敷懋鬻辫勰麓瓣懋辫铡瓣麟鳓鹾缡毯麓蟀獬罄勰潦{霭萄＆辩龋。≯’燃 冬 杂 馏 晕 辍 0 群■ 呷一≯弼 f．． ＆． }． ：燃 }’、 。a：■7气 ÷v《 ．，／{： { 喜-嗣 ／： ；．奠 ／：i 匕■≯； ．；。毫麓 0 320 640 伸长率／％ 图3实验3密封胶样品的拉伸应力一伸长率示意图 碳酸钙在密封胶中的分散状况，了解碳酸钙对密封胶 补强效果的影响。图4是表l中填充量为120份时， 不同超细碳酸钙制备的密封胶断面SEM图。 o一实验1样品；b一买验2样品；c一买验3样品3；d-'-实验4样品 图4不同碳酸钙填充120份时的密封胶断面的SEM图 图4中的颗粒状物质就是碳酸钙粉末细微颗粒。 从图4一a、b、C可以看出，表面经脂肪酸处理过的碳酸 钙填充的胶料，不管粒径大小，碳酸钙粉末都可以很 好地分散在端硅烷基聚醚的聚合物中。粒径越小，分 散得越好，裸露在断口表面的粒子越少，并且仍然被 聚合物包裹着。这说明表面经脂肪酸处理过的碳酸 钙与端硅烷基聚醚相容性好，碳酸钙的粒径越小，可 以为体系提供触变性的能力也就越好。 图4一d是表面未处理的碳酸钙填充的胶料断 面。从该图可以清楚地看到碳酸钙粒子团聚非常严 重，分布也很不均匀。这是因为未经脂肪酸疏水处理 的碳酸钙颗粒表面能较高，与低表面能的端硅烷基聚 醚预聚体相容性差，碳酸钙颗粒趋向于通过自身聚集 来降低表面能。所以，未经脂肪酸疏水处理的碳酸钙 颗粒对胶料的黏度和触变性影响小。 3结论 1)未经表面处理的超细碳酸钙不能为体系提供 触变性； 2)表面经脂肪酸处理的超细碳酸钙，粒径小于 O．12I．Lm，用于端硅烷基聚醚密封胶体系可以获得良 好的流变性能；碳酸钙用量相同时，粒径越小，制得密 封胶的拉伸强度和伸长率就越高。当粒径为0．06i．t,m 和0．08¨棚，表面经脂肪酸处理的超细碳酸钙添加量 为120份时，综合性能最为优异。 参考文献 【l】HashimotoK，ImayaK．Silyl-terminatedpolyetherfor sealantuse：performanceupdates．AdhesivesAge，1998，41 (8)：18． 【2】史小萌，戴海林，马启元．硅烷化聚氨酯及其密封胶的制 备和性能研究[J】．热固性树脂，2003，18(1)：lo．14． f3】史小萌，马启元，戴海林．硅氧烷改性聚氨酯密封胶的研 究【J】．粘接，2003，24(3)：16—19． [4】赵衍广，王耀先，程树军。有机硅改性聚醚氨酯密封胶预 聚体的研究【cy，第十三届全国复合材料学术会议论文集， 2004． 【5】夏磊，高宏州，徐社阳，等．可湿气固化的硅烷化聚醚的研 究【J】．广州化学，2000，25(3)：6-9． 【6】龚炜，卢玲．聚硅氧烷改性聚醚密封剂的工艺研究【C∥中 国粘接、密封技术论文报告会及展示会论文集，1997． (下转第44页) 海外防水 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