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期刊专利论文

双组分 MS / 聚氨酯改性密封胶的制备及性能测试比较研究

来源:CATIA2023年06月16日

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摘要
以硅烷改性聚醚树脂、自制聚氨酯预聚体作为基础原料,同时添加填料、催化剂、触变剂、紫外线吸收剂、光稳定剂等材料制备双组份 MS 密封胶和聚氨酯改性密封胶,研究 2 种密封胶的表干时间及触变剂对密 封胶弹性模量、抗流挂性、挤出性能的影响,并在不同浸水时间情况下分析拉伸强度、断裂伸长率、粘结面破坏、定伸粘结性指标的变化及不同老化条件下的溶胀情况。实验结果表明:聚氨酯改性密封胶添加 0. 25%催化剂适宜,双组分MS 密封胶添加 0. 75% 催化剂更为合适;将聚酰胺蜡作为首选触变剂;底涂可提升密封 胶的防水性能,有底涂的双组合 MS 密封胶性能优于有底涂的聚氨酯改性密封胶;紫外老化条件对聚氨酯改 性密封胶影响大,双组合 MS 密封胶溶胀倍率呈低 - 高 - 低 - 高趋势变化。 
关键词
聚氨酯;墙体修复
改性密封胶;催化剂;触变剂;粘接性 
引言
通过对氯磺化聚乙烯添加不同含量的硅烷使其改性,并对其性能进行研究,在低温和室温条件下改性后氯磺化聚乙烯性能较改性前有所提升;但该密封胶并不适合使用在温度较高的地区。以水性聚苯丙乳液为基料制备硅酮改性密封胶,并对其耐老化、防水性能进行了研究,结果发现密封胶在耐老化、抗菌、防尘等方面具有较强优势;但其防水、粘合性方面性能并不突出。基于上述问题,本文提 出装配式建筑墙体修复接缝防水密封胶性能研究,制备了双组分 MS 密封胶、聚氨酯改性密封胶,通过设定适合的催化剂、触变剂含量提升密封胶性能,以满足装配式建筑墙体修复接缝防水需求。 
 
1 实验
1. 1  试验原料
    以上海外电国际贸易有限公司的工业用硅烷改 性聚醚(MS) 树脂、自制聚氨酯预聚体作为基础原料,增塑剂选用南通润丰石油化工有限公司的邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP);长兴协和高分子材料股份有限公司生产的工业级聚酰胺蜡(D680)为触变 剂;紫外线吸收剂、光稳定剂来自常州新策高分子材料有限公司;白炭黑,潍坊衡烁纳米材料有限公司。
1. 2  试验仪器
    试验用双行星动力混合机,天津市科密欧化学试剂有限公司;水分测试仪器,上海佳航仪器仪表有限公司;微机控制电子万能试验机,成都金山化学试剂有限公司。热老化箱 DHO - 90A,上海灯晟仪器制造有限公司;紫外线老化箱,上海慧夏仪器设备 限公司;热重分析仪 TGA1000,天津市百世化学试剂有限公司;拉力机,济南赛呈电子科技有限公司。
1. 3  装配式建筑墙体修复接缝防水密封胶的制备

1. 3. 1  双组分 MS 密封胶的制备
     双组分 MS 密封胶的材料主剂、固化剂配比如 表 1、表 2 所示。 

 
    双组分 MS 密封胶制备主剂所需材料按表 1 的 材料配比进行配备,备好后填入到双行星搅拌釜中 慢慢搅拌均匀,搅拌过程大约需 12 min,并在常温、常压下完成;经加热,在真空状态下以高速对其 搅拌大约 70 min;经真空脱泡 12 min 后,即可包装。
    双组分 MS 密封胶的材料固化剂所需材料按 表 2的材料配比进行配备,然后将其置于双行星搅 拌釜内,于常温状态慢慢搅拌,40 min 左右后即可 包装好待用。
   装配式建筑墙体修补接缝双组分 MS 密封胶,按 10∶ 1的质量比,将第 1 组分和第 2 组分混合,充 分搅拌均匀,然后进行配制。该密封胶的制备是遵循 JC / T 881—2017 标准完成。

1. 3. 2  制备聚氨酯改性密封胶
    有机硅改性制备的密封胶具有强度大、刚性好 的特点,将其用于装配式建筑外墙修复接缝,可有效提升其防水性能。因此,选择聚氨酯作为一种新 型的粘结剂,用于建筑工程的外墙修补,其生产原料 如表 3 所示。 

 

    将表 3 中的前 3 项材料与适量的蒸馏水混合,放置于温度 72 ℃的回流装置中,持续对其搅拌,经 4. 5 h 的回流反应全部材料混合均匀,继续加热,将温度升至 90 ℃ ,回流反应产生新的醇类物质,该物质沉入装置底部并挥发,当温度加热到 115 ~ 120 ℃时经预熟化后,可获得有机硅聚合物。再将其与表 3 中后 3 种材料混合,将其加热至 130 ℃以上,但不超过 160 ℃ ,继续进行 2. 5 ~ 4. 5 h 的置换反应后,生成预聚体,通过脱醇处理后即可获 得聚氨酯预聚体。
   以聚氨酯预聚体作为基础原料制备聚氨酯改性 密封胶,其原料配比如表 4 所示。 

 

 
    将纳米碳酸钙作干燥处理,干燥温度 125 ℃ ,干 燥时间 5 h。在双行星搅拌机中添加表 4 中的原料并进行搅拌,搅拌操作需在真空下完成,搅拌均匀后作包装处理。
1. 4  测试内容及测试方法
1. 4. 1  表干时间试验
    测试温度设定为(23 ± 1)℃ ,环境湿度设定为(49 ± 2)℃ ,准备 2 块干净的玻璃板,各取适量双组分 MS 密封胶、聚氨酯改性密封胶,分别涂抹在玻璃板上,涂抹 2. 5 mm 后静置。表干时间的确定标准是密封胶表面不粘手即可,可通过每间隔5 min测试 1 次的方法确定其是否粘手。
1. 4. 2  粘结性试验
    取 4 块基材,表面清洁干净,其中 2 块作打底 涂、2 块作无底涂处理,将防粘胶带粘在基材一端,分别将 2 种密封胶涂在基材上,固化后测试其粘接性;由于连绵雨季常导致装配式建筑墙体接缝长时间受雨水浸泡,因此设计浸水试验对浸泡 后的密封胶粘接性进行测试。分别将上述 4 种情况 下的密封胶放入水中浸泡,测试浸泡 5、30、50 d 的 粘接性能。
1. 4. 3  老化试验
       设定以下 3 种老化条件,分别为:(1)热老化:对热老化箱进行温度设定,温度设 计为 75 ℃ ,并在鼓风条件下进行热老化试验;(2)紫外老化:应用紫外老化箱进行试验,温度 设定为 42 ℃ ; (3)自然老化:试件直接放在自然环境中即可。根据上述 3 种老化条件,将 2 种不同的密封胶 在老化状态下,进行 400、800、1 200 和 1 600 h 的老 化试验。
1. 4. 4  溶胀试验
    将双组分 MS 密封胶试件、聚氨酯改性密封胶 试件分别置于鼓风干燥箱内作干燥处理,温度 设定为68 ℃ ,4. 5 h 后将其置于干燥器内冷却,待其 冷却到室温后再将其拿出来。将试件剪下 0. 35 g置于放有溶剂的量筒内进行溶胀试验。 
 
2   结果与讨论
2. 1  不同催化剂含量下2 种密封胶的表干时间

    设定当下室外温度为(23 ± 1)℃ ,分析聚氨酯 改性密封胶表干时间,结果如图 1 所示。 

 
 

    由图 1 可以看出,在此温度下,当催化剂质量分 数为 0. 05% 时,聚氨酯改性密封胶的表干时间为2. 1 h;不断加大催化剂的质量分数,其表干时间随 之减少。当催化剂质量分数增至 0. 25% 时,其表干 时间降至 0. 4 h;之后继续增加催化剂质量分数,表 干时间慢慢趋于稳定,不再变化。对双组份 MS 密封胶的表干时间进行分析,结 果如图 2 所示。 

 
 
    从图 2 可以看出,随着催化剂质量分数的不断 增多,双组分 MS 密封胶表干时间呈逐步下降趋势,同时温度对双组分 MS 密封胶的表干时间同样具有关联关系。当室外温度为(23 ± 1)℃ ,催化剂质量分数为 0. 6% 时,表干时间约为 6. 5 h;催化剂质量 分数增至 0. 75% 时,表干时间降至 2. 5 h 左右;继续 增大催化剂质量分数,表干时间缩短幅度越来越小,且慢慢趋于平稳;当催化剂质量分数达到 1% 时,表 干时间为 2 h 左右。当温度升高至(38 ± 1)℃时,其 表干时间明显缩短,催化剂质量分数分别为 0. 6% 、 0. 75% 、1% 时,表干时间分别为 4、1 和 0. 75 h。上 述结果表明,聚氨酯改性密封胶催化剂质量分数为0. 25% 较适宜;双组分 MS 密封胶催化剂质量分数 为 0. 75% 时较适宜。
2. 2  触变剂对2 种密封胶的性能影响

    添加触变剂可使防水密封胶具有更好的流挂 性,触变剂的添加量对密封胶的性能产生一定影响,不同质量分数触变剂下 2 种密封胶的性能分析如表5 所示。

 
 
 
    由表 5 可知,以聚酰胺蜡作为双组份 MS 密封 胶的触变剂时,具有较好的性能,当选择白炭黑作为 触变剂,添加量为 1% 时,MS 密封胶具有较差的抗 流挂性,其原因在于粒径减小,使得比表面积加大,加强了生成的附聚体的刚性性能,并加大了与胶料 的贴合面积,增加了密封胶的补强性,但降低了其弹 性模量;表明选择添加量 2% 的白炭黑较为合适。
    用聚酰胺蜡作触变剂,对聚氨酯进行改性后,其性能 更佳;而用白炭黑做触变剂则表现出较差的性能。由此可知,聚酰胺蜡对密封胶性能更有利,应将其作 为 2 种密封胶的首选触变剂。 
2. 32种装配式建筑修复接缝防水密封胶粘 结性分析
    分别对双组分MS密封胶与聚氨酯改性密封胶作冷拉 - 热压、浸水试验,分析2种密封胶的粘接性能,结果如表 6 所示。

    由表 6 可知,对双组分 MS 密封胶与聚氨酯改性密封胶分别作冷拉 - 热压处理后,只有双组分 MS密封胶在无底涂时遭到破坏。对 2 种密封胶作浸水 处理后,随着浸水时间的不断增长,2 种密封胶的拉伸强度均呈降低趋势,断裂伸长率指标也在不断减少、粘接破坏程度越来越大,无底涂双组合 MS 密封胶的粘接性能不满足要求;而有底涂的双组合 MS密封胶完好无损。有底涂的聚氨酯改性密封胶粘接 性能符合要求,无底涂的聚氨酯改性密封胶在浸水30 d 后已无法满足粘接性能要求。有底涂的双组合 MS 密封胶性能优于有底涂的聚氨酯改性密封胶。结果表明,底涂可对密封胶的粘接性能起到保护作用,提升密封胶的防水性能。因此,建议在装配式建筑墙体修复拼接时先作底涂处理后再用密封胶密封。 
 

 

2. 4  2 种装配式建筑修复接缝防水密封胶溶胀分析
    在浸水试验的基础上,继续对聚氨酯改性密封胶、双组合 MS 密封胶进行老化试验,分析在 3 种老化条件下,2 种密封胶的溶胀变化情况,结果分别如 图 3、图 4 所示。 
 

 

 
 

    从图 3 可以看出,自然老化条件下,聚氨酯改性密封胶的溶胀倍率随老化时间的增加而不断降低;老 化 1 200 h 前,热老化、紫外老化条件下聚氨酯改性密 封胶溶胀倍率均呈不断下降趋势,原因在于此期间聚 氨酯改性密封胶发生交联反应,使分子间更加紧凑,致使溶胀倍率降低,老化1 200 ~1 600 h 阶段,因发生 热降解、光降解,导致溶胀倍率均开始不断增大,但紫 外老化的溶胀倍率增幅大于热老化。结果表明:聚氨 酯改性密封胶更容易受到紫外老化的影响。 

 

 
    从图 4 可以看出,随着老化时间的不断增长,自然老化、热老化时的双组分 MS 密封胶的溶胀倍率呈不断下降趋势,原因是上述条件导致密封胶的分 子链遭到破坏,使其分子间结构更加紧凑。紫外老化条件下,其溶胀倍率呈低 - 高 - 低 - 高趋势变化,这主要与密封胶分子间的交联反应、光降解有关,由 二者的共同作用所致。 
 
3 结 论
    为满足装配式建筑墙体修复接缝时防水密封胶的性能要求,制备双组分 MS 密封胶、聚氨酯改性密封胶,通过试验分析为这 2 种密封胶选择适合的催化剂、触变剂用量;并对比分析 2 种密封胶的粘接性能、老化条件下的溶胀情况。
    (1)
常温下催化剂质量分数为 0. 25% 时,聚氨酯改性密封胶表干时间为 0. 4 h。温度为(38 ±1)℃时,双组分 MS 密封胶表干时间较短,催化剂质量分数为 0. 75% 时,表干时间 0. 75 h; 
 
    (2)双组分 MS 密封胶、聚氨酯改性密封胶均应将聚酰胺蜡作为首选触变剂;
    (3)
底涂可对密封胶的粘接性能起到保护作用,提升密封胶的防水性能,有底涂的双组合 MS 密封胶性能优于有底涂的聚氨酯改性密封胶;
    (4)
聚氨酯改性密封胶更容易受到紫外老化的影响。紫外老化条件下,双组合 MS 密封胶溶胀倍率呈低 - 高 - 低 - 高趋势变化。 

 

 

 

 

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《粘接》2023年第50卷 第1期   END

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