硅烷偶联剂对硅烷改性聚醚防水密封胶性能的影响

肖春霞，黄昆，沈培良，王晓莉，杨胜

（1.中建材苏州防水研究院有限公司，江苏 苏州 215008；2.广东禹能建材科技股份有限公司，广东 清远 513000）

0 前言

硅烷改性聚醚是一种以大分子聚醚键为主链的端硅烷基结构的聚合物，可以通过一定的加工方法制备硅烷改性的聚合物密封胶。除硅烷改性的密封胶外，目前市场上占比较大的有聚氨酯、硅橡胶等密封胶产品。普通的聚氨酯密封剂中含有异氰酸酯，施工时部分官能团会发生酯交换反应，导致固化速度较缓，容易产生气泡和刺激性气味，硅橡胶密封胶也称硅酮密封胶，其具有表面张力低、耐老化、低温柔顺性好、耐湿热、耐候性好等优点，但是其力学强度不高，抗污染性差，装饰性差，附着力较低，不能涂漆[1]。

硅烷改性聚醚密封胶兼具硅酮密封胶和聚氨酯密封胶的优点，表现出优良的耐候性、良好的粘结性、涂饰性、抗形变位移能力，同时具有绿色环保、黏度低和优良的施工作业性等优点。因此，其广泛应用于建筑、轨道交通、汽车制造、集装箱制造等领域的粘结密封。

本文选用自制的硅烷改性聚醚树脂（MS）制备了一种建筑用低模量单组份MS防水密封胶，探讨了配方中各原料对密封胶性能的影响。

1 试验

1.1 原材料

硅烷改性聚醚树脂（MS）：自制；增塑剂DINP：美孚公司；填料：纳米碳酸钙，粒径60nm，工业级，常州碳酸钙厂；紫外吸收剂Tinuvin326、光稳定剂Tinuvin770DF：巴斯夫；抗氧剂、催化剂、硅烷偶联剂：市售。

1.2 试样制备

密封胶的制备：将MS、填料、增塑剂加入行星搅拌机中，在120℃真空脱水2 h，待其降温至40℃以下时，加入硅烷偶联剂、催化剂及助剂，搅拌混合30 min，出料，灌装至310 ml的胶管中。

1.3 性能测试

表干时间：按照GB/T13477.5—2002《建筑密封材料试验方法 第5部分：表干时间的测定》进行测试，采用A法试验，在（25±2）℃、相对湿度（55±5）%条件下，在干净玻璃板上涂刷适量的密封胶，厚度约2 mm，每隔1 min用手指轻触胶面，至不粘手的时间即为密封胶的表干时间。

断裂伸长率：按GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行测试，采用Ⅰ型哑铃型试样，拉伸速度为（500±50）mm/min。

拉伸模量：按照GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料试验方法 第8部分：拉伸粘结性的测定》和GB/T14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》的进行测试，并计算试件拉伸伸长率为100%时的正割拉伸模量。

弹性恢复率：按照GB/T 13477.17—2017《建筑密封材料试验方法 第17部分：弹性恢复率的测定》进行测试，并计算试件定伸100%时的弹性恢复率。

耐水粘接性：以浸水后的粘接强度及破坏形式来表征，按照GB/T 13477.9—2017《建筑密封材料试验方法 第9部分：浸水后拉伸粘结性的测定》进行测试。

2 结果与分析

2.1 基础配方对密封胶力学性能的影响

MS密封胶基础配方见表1。

表1 密封胶的基础配方

固定硅烷改性聚醚树脂的质量份数为100份，并保持助剂、催化剂及硅烷偶联剂的种类和用量不变，调整m（填料）∶m（增塑剂）分别为100∶100、110∶90、120∶80、130∶70、140∶60、150∶50，得到不同的配方。增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的范德华力，增加聚合物分子链的移动性[2]，适量的增塑剂可以改善密封胶的柔韧性、挤出性，并降低模量，但是过量的增塑剂容易在密封胶固化后析出，造成污染；适量添加填料纳米碳酸钙能显著提高密封胶的力学性能，但是会使模量增大。填料与增塑剂用量对密封胶拉伸模量、弹性恢复率和断裂伸长率的影响见图1、图2。

图1 填料与增塑剂用量对密封胶弹性恢复率和拉伸模量的影响

图2 填料与增塑剂用量对密封胶断裂伸长率的影响

由图1可以看出，填料和增塑剂的用量配比对密封胶的性能影响较为明显，随着填料用量增加，增塑剂用量减少，密封胶的拉伸模量逐渐增大，弹性恢复率在一定程度上呈现增大趋势。在测试弹性恢复率试验过程中，m（填料）∶m（增塑剂）=150∶50试样在定伸100%的条件下未到24 h就发生脱开，说明其内聚力太大，从拉伸模量达到0.64 MPa也可反应此时填料用量过大。

由图2可以看出，随着填料用量的增加，密封胶的断裂伸长率先增大后减小，说明填料与增塑剂的配比有一个最适合的范围。兼顾密封胶模量、弹性回复率及断裂伸长率的要求，本试验中m（填料）∶m（增塑剂）=130∶70为最佳配方。

2.2 硅烷偶联剂种类对密封胶耐水粘接性的影响

硅烷偶联剂主要成分为反应性硅烷，主要作用机理为其活性羟基与基材表面的羟基发生反应，同时其反应性官能基团与密封胶反应，起到桥连作用，主要用于提升密封胶的粘接力。硅烷偶联剂的种类及用量对密封胶的耐水粘接性起到了至关重要的作用。本试验所用的5种硅烷偶联剂为：KH792、KH602、KH540、KH560、KH550。

固定硅烷偶联剂用量为5份，以5种不同种类的硅烷偶联剂制备的密封胶浸水前后粘接性见图3。

图3 硅烷偶联剂种类对密封胶浸水前后粘接性的影响

由图3可以看出，以5种硅烷偶联剂制备的密封胶在浸水前的拉伸粘接性测试中都表现为内聚破坏，而浸水后的测试中拉伸粘接强度均有一定程度的下降，且其中3个试样表现为界面破坏，以硅烷偶联剂KH792和KH550制备的密封胶在浸水前后拉伸粘接强度下降幅度相对小一些，且浸水后表现为内聚破坏，其区别与硅烷偶联剂的主体结构、活性基团含量及其与主体聚合物的相容性有关，本试验单从耐水粘接性方面考虑，硅烷偶联剂KH792和KH550均能满足要求。

2.3 硅烷偶联剂用量对密封胶表干时间及力学性能的影响

硅烷偶联剂通过活性基团与主体树脂之间发生反应起到交联剂的作用，从而影响交联密度，因此，硅烷偶联剂的种类和用量不仅对密封胶的粘接性有影响，还对密封胶的表干时间及力学性能有较大的影响。

以KH792和KH550两种不同的硅烷偶联剂配制密封胶，调整其用量分别为3份、5份、8份时，对所制备的密封胶的表干时间、拉伸模量、弹性恢复率和断裂伸长率进行测试，并以此来确定硅烷偶联剂的种类及最佳用量，结果如表2所示。

由表2可以看出，以KH792和KH550两种硅烷偶联剂制备的密封胶的表干时间均在0.5 h以内，拉伸模量均小于0.4 MPa，弹性恢复率均在80%以上，总体而言，硅以硅烷偶联剂KH792制备的密封胶具有更快的固化速度、更低的拉伸模量及更高的断裂伸长率。因此，本研究选择KH792为该试验用硅烷偶联剂。

随着硅烷偶联剂用量增加，密封胶的表干时间、弹性恢复率、拉伸模量和断裂伸长率变化并不显著，因此，综合考虑性能及成本，本研究选择硅烷偶联剂KH792用量为5份。制备的密封胶表干时间为20 min，弹性恢复率82.03%，拉伸模量0.25 MPa，断裂伸长率626%。

表2 硅烷偶联剂对密封胶表干时间及力学性能的影响

3 结语

（1）填料和增塑剂的用量配比对密封胶的基本性能影响较大，随填料和增塑剂用量配比的调整，密封胶的性能呈现一定的规律性变化，当m（填料）∶m（增塑剂）=130∶70时为最佳配方。

（2）硅烷偶联剂的种类对密封胶的耐水粘接性影响很大，主要与硅烷偶联剂的结构有关。

（3）硅烷偶联剂具有助催化作用，其种类对密封胶的表干时间和力学性能有较大影响，而硅烷偶联剂的用量对密封胶性能的影响并不明显，综合考虑，优选KH792作为该配方体系的硅烷偶联剂，并选择其用量为5份。制备的密封胶表干时间为20 min，弹性恢复率82.03%，拉伸模量0.25 MPa，断裂伸长率626%。