双组分PU嵌缝胶主要为PU预聚体和固化剂2个组分。其中，预聚体组分主要组成为耐水型聚醚多元醇和耐热型异氰酸酯；固化剂组分主要为耐热型胺类固化剂。本文所选用原材料化学结构如图 1所示。

图1 PU嵌缝胶主要原材料的化学结构式

Fig. 1 Chemical structure of the major raw materials of

polyurethane sealant

  傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），Nicolet iS50，美

国赛默飞世尔科技公司；

  微机控制电子万能试验机，CMT5105，美特斯工

业系统有限公司；

  扫描电子显微镜（SEM），Hitachi S⁃4800，Hitachi

日立公司；

  同步热分析仪，SDT 650，美国TA仪器公司；

  真空干燥箱，DZF⁃6210，平岗机械有限公司；

  精密定时电动搅拌器，精密增力电动搅拌器 JJ⁃1，

  苏州威尔科技有限公司；

  恒温加热套，SZCL⁃2，上海岐耀仪器设备有限公司。

  双组分 PU 嵌缝胶制备：首先，采用真空干燥方法去除原材料的水分；其次，将聚丙二醇 PPG⁃2000 加入计量好的 MDI 中混合搅拌制备 PU 预聚体组分，控制反应温度为75 ℃和反应时间为2. 5 h，制备含无机填料的 PU 时，待反应进行 1 h 时掺入填料，含量分别为20 %、30 %、40 %；将上述制备好的PU预聚体密封保存；最后，将制备好的PU预聚体和固化剂、催化剂按比例混合搅拌，PU 嵌缝胶制备完成，经过 14 d 常温硫化后进行性能测试。PU 嵌缝胶的反应合成过程如图 2所示。

    化学组成分析：采用 FTIR 对制备的 PU 预聚体、PU 嵌缝胶以及掺 CaCO3的 PU 嵌缝胶进行红外扫描，扫描范围为4 000~400 cm-1，扫描次数为64次；

    微观形貌测试：采用 SEM 观察不同 PU 嵌缝胶试样的表面形貌特征，加速电压为5 kV；

    力学性能测试：PU嵌缝胶力学性能测试参照标准为GB/T 528—2009［17］，通过采集应力⁃应变数值，获得拉伸强度、断裂伸长率和100 %模量等力学指标，拉伸速率为500 mm/min，每组测试5个平行试样并取平均值；

    黏 附 性 测 试 ：拉 伸 黏 结 测 试 参 照 标 准 GB/T13477. 8—2017［18］，其中黏结基材是水泥砂浆板，采用万能拉力机拉伸时，拉伸速率控制在5~6 mm/min；

    耐水性能测试：根据 GB/T 1690—2010 进行掺不同比例CaCO3的PU嵌缝胶的吸水率测试［19］，以吸水率指标作为耐水性评价指标；

    耐热性分析：称取5~10 mg试样对试样进行热失重分析，气氛流量为80 mL /min的纯N2气氛，温度范围为30~500 ℃和30~800 ℃（含CaCO3时），升温速率为10 ℃/min。

2. 1 化学组成与微观形貌分析　

    对 5种不同含量的 CaCO3填料制备的黏附性试件分别进行 14 d 的养护，随后使用拉力机进行黏附性测试。以试件破坏时的最大拉力为评价指标研究黏附性能随填料含量的变化规律［20］，测试结果如图 7 所示。PU材料中含有大量的氨基甲酸酯等极性基团，可与水泥砂浆板产生良好的黏结性，从而起到密封防水作用。

    如图7所示，随着填料含量的提高，PU嵌缝胶和水泥砂浆板间产生的最大黏附破坏力逐渐呈线性增加，说明添加CaCO3可以进一步有效提高PU嵌缝胶的黏结力。未掺加CaCO3填料的嵌缝胶试样产生黏附破坏时的最大拉力最小，表明其相较于掺加填料的试样的黏结力差。未掺加填料时，PU 表面较为平整光滑，可能与砂浆板壁的接触面之间机械结合较弱。掺加填料后，PU嵌缝胶的表面粗糙度增大，增强其与砂浆板的黏附力；尤其添加 40 %的填料后其表面粗糙度进一步增加，部分填料粒子填充砂浆板壁的孔隙，增强了砂浆板壁与PU嵌缝胶两相界面的机械结合力，促使两者间的黏附性提升。

2.4 耐水性分析

    为准确探究 CaCO3填料的引入对 PU 嵌缝胶吸水率的影响以及其耐水性的变化趋势，对含 0、10 %、20 %、30 %、40 %以及50 % CaCO3填料的PU样品进行吸水率测试。图 8 所示为掺加不同比例 CaCO3后PU材料的吸水率变化曲线，结果发现CaCO3的加入可以有效的降低嵌缝胶的吸水率。特别是CaCO3含量小于 30 %时，吸水率下降明显，相较 20 %时下降了17. 7 %；40 % CaCO3含量的样品相较 30 %时下降了7. 43 %，而50 %时仅下降了3. 6 %。这说明CaCO3的添加可以有效的降低嵌缝胶吸水率，从而提高其耐水性。然而，当CaCO3含量达到30 %后吸水率降低效果并不显著，下降速率也逐渐趋于平缓。

    上述现象产生的原因可由图 9解释，PU 聚合物是由分子链连接、缠绕形成的，链间存在较多空隙，水分子可能会通过这些空隙侵入到嵌缝胶内部。当大量水分子侵入到嵌缝胶内部时，导致材料内部出现应力使其处于非稳定状态或分子链断裂，影响嵌缝胶性能。适量的 CaCO3颗粒会嵌挤在分子链段间形成的空隙中，阻碍水分子的浸入，从而降低了嵌缝胶的吸水率。但是，持续增加CaCO3的含量对于PU嵌缝胶吸水率的降低作用有限，是因为材料分子链段的空隙有限，当大量CaCO3颗粒存在时反而可能会导致材料内部空隙被撑大并产生缺陷，如此会对其耐水性造成不利影响。

    将CaCO3含量分别为20 %、30 %和40 %的PU和纯PU嵌缝胶作为热失重测试的试验样品，TG和DTG测试结果如图 10 所示。可以看出，对于不含填料的PU试样，其热分解趋势存在两段分解，分别为PU中异氰酸酯的解离与多元醇的降解；对于掺加填料的PU样品，其热分解趋势基本一致，存在三段分解，600~800 ℃出现的分解为CaCO3的热分解。对比纯 PU 样品，随着 CaCO3含量逐渐提高，嵌缝胶样品的失重起始温度逐渐增加，分别为 252. 3 ℃、259. 8 ℃和 269. 5 ℃，即第一失重阶段各失重点温度都有所提升。纯 PU 样品在 400 ℃后其质量损失接近100 %，表明其出现严重的热分解，而含40 %CaCO3的样品质量损失量最小。由此可见，CaCO3填料的掺加显著提高了PU嵌缝胶的热分解残余量和分解温度，即

改善嵌缝胶的热稳定性。原因在于：首先，填料的掺入提升了 PU 材料的分子间结合力，其在 PU 中的填充作用有助于促进 PU 结构的致密性，从而提升其热稳定性。其次，作为一种无机填料，CaCO3的热分解温度高，耐热性好，当其分散于PU基体中时会阻碍热传递，从而提高PU复合材料的整体耐热性。此外，由图8中的 DTG 曲线可以看出，PU 嵌缝胶的热失重速率随填料含量增加逐渐减小，并且出现DTG曲线峰值右移的现象，说明CaCO3的添加在热失重初期对于PU热稳定性有显著的提升作用。