中空玻璃用丁基热熔密封胶的研究

纪 楠， 张秀斌

(沈阳化工大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110142)

近年来，随着房地产行业的快速发展，用于房屋门窗的中空玻璃得到了人们的青睐.中空玻璃具有优良的隔音性能、防结露性能、良好的隔热性能、抗老化性能以及透光度好等优点，因此成为重要的节能建筑材料.中空玻璃密封胶是决定中空玻璃质量性能的主要因素，无论是传统的槽铝型还是新型复合胶条中空玻璃，其密封胶的选择和使用都是最重要的一个环节［1］.本文研制的中空玻璃热熔密封胶是100%固体的单组分密封胶，以丁基橡胶、聚异丁烯为基料经过混炼制备而成，专为密封中空玻璃工业而设计.

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

丁基橡胶(1751)，北京燕山石化公司;再生丁基橡胶，盘锦市黑马胶业集团;聚异丁烯(B10黏均相对分子质量为40 000)，德国巴斯夫;萜烯树脂(软化点为100℃)，山西省化工研究所;轻质碳酸钙，市售;沉淀法白炭黑，市售;聚乙烯(LDPE)，北京燕山石化公司.SK-160B型开放式塑炼机，上海轻工业机械股份有限公司;DHG-9070型鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司;VIC-1501型艾科勒电子天平，德国赛多斯集团;XHS型邵尔橡塑硬度计，上海精宏实验设备有限公司.

1.2 性能检测

1.2.1 冷流性与高温流动性测试

称20 g炼好的胶料，放入130℃的烘箱里加热使其具有一定的柔软性，制成圆球状，待制样温度降至室温后，放到干净的玻璃片上，冷流性测试试样放入80℃烘箱，高温流动性测试试样放入150℃烘箱，1 h后取出.测量密封胶制样与玻璃片粘接圆的直径5个，取平均值，记录.

1.2.2 定温硬度测试

根据国家标准GB/T2941进行热熔胶的邵氏硬度(XHS)实验.

1.2.3 剥离强度测试

将胶料放入130℃烘箱，待胶料变软后，取适量胶料粘于长5 cm、宽1 cm的铝条上，再将粘有胶料的铝条放入150℃烘箱，30 min后取出，将其迅速粘到洁净的玻璃片上，压实，静置24 h后用弹簧秤测量密封胶制样的90°剥离强度.

剥离强度=拉力(N)/宽度(m)

1.2.4 水煮密封性能测试

称取10 g炼好的胶料，放入130℃的烘箱里加热使其具有一定的柔软性，制成圆环状放到2块洁净的玻璃片之间压实，然后放入150℃烘箱中，5 min后取出，静置24 h后，放入60℃的水浴锅中煮2 h.取出，再放入－15℃下冰冻2 h.反复5次，每次水煮冰冻后观察试样是否漏气漏水，开缝等.

2 实验结果与讨论

2.1 丁基橡胶用量对密封胶性能的影响

丁基橡胶是制备密封胶的主要原料，其使用量不仅对密封胶的性能影响很大，同时也决定密封胶的生产成本.因此对其用量的分析至关重要.丁基橡胶用量对密封胶性能的影响见图1、图2.从图1可看出，密封胶的冷流性和高温流动性都随丁基橡胶用量的增大而减小.流动直径减小意味着随丁基橡胶使用量的增大，密封胶的体系黏度逐渐增大，室温下冷流现象逐渐减弱.

图1 丁基橡胶用量对密封胶冷流性与高温流动性的影响Fig.1 The effect of the amount of butyl rubber on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

从图2可看出，密封胶的硬度和剥离强度均随丁基橡胶用量的增大而缓慢增大.胶体硬度较大不利于生产加工，在添加软化剂量一定时，丁基橡胶的用量增大，会使胶体硬度增大，内聚强度增大，这与图1冷流性能结果表达一致.丁基橡胶是一种线型高分子共聚物，分子链上仅含少量或不含不饱和键，分子排列紧密，使其具有优良的密封性［2］.它的长链大分子结构使其对玻璃等多种材料具有良好的粘附力.丁基橡胶本身具有一定的粘附性，但粘附力达不到使用要求，剥离强度较小，可以添加增黏剂进行调节.综合考虑选择丁基橡胶质量分数15.5%为最佳.

图2 丁基橡胶用量对密封胶硬度与剥离强度的影响Fig.2 The effect of the amount of butyl rubber on hardness and peel strength of the sealant

2.2 萜烯树脂用量对密封胶性能的影响

增黏剂用于改善密封胶的粘合强度和加工工艺性等，常从松香、萜烯树脂等中选取，但是松香中的小分子组分挥发会产生烟雾，影响中空玻璃的采光性［3］，故选择萜烯树脂作为密封胶的增黏剂，研究其用量对胶体性能的影响.

从图3可以看出，随萜烯树脂用量的增大密封胶的流动直径逐渐增大，冷流现象与高温流动性增强.这是由于萜烯树脂增多，通过其分子对橡胶的渗透作用，可加速配合剂在胶料中的混合分散速度，通过萜烯分子对大分子的分割包围与隔离作用，使分子间距离增大，密封胶变稀，容易出现冷流现象，随着温度升高，萜烯树脂开始融化，高温流动性增大.

从图4可看出，随萜烯树脂填充量的增大密封胶的硬度与剥离强度增大.由于萜烯树脂本身硬度大，且大量填充后容易从密封胶体系内迁移析出，使密封胶体系加速硬化，导致密封胶硬度增大.萜烯树脂可改善密封胶对基材的润湿性和初粘性，使粘结力提高.检测时可看到密封胶的破坏类型由界面破坏转变为内聚破坏.随着萜烯树脂使用量的增大，密封胶粘结性提高，剥离强度增大，破坏类型由界面破坏转变为内聚破坏.

虽然密封胶的内聚强度随萜烯树脂使用量的增大而减小，但可通过加入填料进行调节体系的刚性，综合考虑，选择萜烯树脂使用量为100份.

图3 萜烯树脂用量对密封胶冷流性与高温流动性的影响Fig.3 The effect of the amount of terpene resin on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

图4 萜烯树脂用量对密封胶硬度与剥离强度的影响Fig.4 The effect of the amount of terpene resin on hardness and peel strength of the sealant

2.3 填料的选择及用量影响

在密封胶中加入适当填料具有补强作用，并且可降低生产成本，常用的胶黏剂填料有轻质碳酸钙、白炭黑等，但由于白炭黑不利于密封胶的水煮密封性，所以实验选择轻质碳酸钙作为密封胶的填料，研究其用量对密封胶性能的影响.

从图5可看出，随碳酸钙用量的增加，密封胶流动直径减小，说明碳酸钙可提高密封胶的体系黏度，抗冷流性增强，密封胶冷流现象减弱.

从图6可看出，随碳酸钙的增加，密封胶体系硬度和剥离强度均呈现先增大后减小的趋势，碳酸钙虽然可以提高密封胶的内聚强度，降低成本，但是不能过多，否则会影响密封胶的粘结性，降低密封胶的剥离强度，不利于密封胶的制备.综合考虑，选择轻质碳酸钙用量为100份.

图5 轻质碳酸钙用量对密封胶冷流性与高温流动性的影响Fig.5 The effect of the amount of calcium carbonate on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

图6 轻质碳酸钙用量对密封胶硬度与剥离强度的影响Fig.6 The effect of the amount of calcium carbonate on hardness and peel strength of the sealant

2.4 聚异丁烯用量对密封胶性能的影响

密封胶加工过程中，一般需要加入一定量的软化剂，这通常是一种能使胶具有一定柔软性的低分子物质.它们不仅能增加胶料的可塑性、流动性、黏着性，便于加工成型等工艺操作，还有利于粉末状配合剂分散［4］.本实验采用的是中分子聚异丁烯，它本身具有一定的粘结性，所以既可作为增黏剂同时也可作为软化剂.聚异丁烯用量对密封胶性能的影响如图7、图8所示.

图7 聚异丁烯用量对密封胶冷流性与高温流动性的影响Fig.7 The effect of the amount of polyisobutylene on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

图8 聚异丁烯用量对密封胶硬度与剥离强度的影响Fig.8 The effect of the amount of polyisobutylene on hardness and peel strength of the sealant

从图7可看出，随聚异丁烯用量的增大密封胶流动直径逐渐增大，冷流现象和高温流动性增强.这是因为聚异丁烯作为增塑树脂加入到橡胶中，在一定的温度和力的作用下增大了橡胶分子间的距离，降低了分子间的作用力，增加了分子链的活性，使得密封胶的流动性增大.

从图8可看出，随聚异丁烯使用量的增大密封胶硬度逐渐减小，剥离强度先增大后减小.这说明聚异丁烯作为软化剂，达到了对生胶软化的效果.软化作用主要来自于聚异丁烯对橡胶的“稀释”作用，主要通过其分子对橡胶的溶胀和渗透作用，增大分子间距离，减小相互作用力［5］，硬度减小.少量聚异丁烯存在时，它以增加密封胶的粘结性为主，主要作为增黏剂，当聚异丁烯用量过多时，以软化作用为主，使密封胶流变性变强，另外聚异丁烯过多时，容易向密封胶的粘结界面迁移，形成弱的粘结层，导致粘结强度降低.测试时观察到聚异丁烯用量150份左右时，密封胶破坏类型由内聚破坏转变为界面破坏.

聚异丁烯使用量增大使密封胶硬度减小的同时，必定会增大胶体的冷流性，综合考虑选择聚异丁烯用量为150份.

2.5 聚乙烯用量对密封胶性能的影响

聚乙烯用量对密封胶性能的影响如图9、图10所示.实验结果表明，聚乙烯可提高密封胶体系的内聚强度，而对粘结强度影响不明显.

图9 聚乙烯用量对密封胶冷流性与高温流动性的影响Fig.9 The effect of the amount of polyethylene on cold flow and high-temperature fluidity of the sealant

图10 聚乙烯用量对密封胶硬度与剥离强度的影响Fig.10 The effect of the amount of polyethylene on hardness and peel strength of the sealant

从图9可看出，随聚乙烯用量的增大，密封胶的冷流性和高温流动性逐渐减小.当聚乙烯填充量为125份时，密封胶的抗冷流性和高温流动性均比较好，能够满足密封胶的性能.从图10可看出，随聚乙烯用量的增大，密封胶的硬度逐渐增大，剥离强度先增大后减小.聚乙烯在室温条件下，结晶度高，能够提高密封胶的硬度.当聚乙烯用量为125份左右时，密封胶破坏类型由内聚破坏转变为界面破坏.综合考虑，选择聚乙烯填充量为125份最佳.

2.6 最佳配方性能测试

最佳配方性能测试结果见表1.

表1 密封胶最佳配方测试结果及与美国密封胶的比较Table 1 The performance test results of the best formulation of this experiment and the sealant of the US

3 结论

通过实验研究中空玻璃密封胶中各组分的填充量对密封胶性能的影响，确定了最佳配方(以丁基橡胶用量为100份，其他各物质用量份数相对于100份丁基橡胶)为再生丁基橡胶75份，聚异丁烯150份，萜烯树脂100份，轻质碳酸钙100份，聚乙烯125份，丁基橡胶在密封胶中的质量分数为15.5%.该密封胶对环境的适应能力强，密封胶的粘结强度随着试验周期的延长而增大，能够保证密封效果.

［1］ 郭庆时，刘丹丹，张利国.中空玻璃密封胶的研究进展［J］.化学建材，2005，21(1):46－49.

［2］ 《橡胶工业手册》编写小组.橡胶工业手册:第一分册生胶与骨架材料［M］.北京:石油化学工业出版社，1974:477－479.

［3］ 朱本玮，邝生鲁.中空玻璃热熔丁基密封胶的研究［J］.粘接，2006，27(4):18.

［4］ 邓本诚，纪奎江.橡胶工艺原理［M］.北京:化学工业出版社，1984:153－154.

［5］ 张海，赵素合.橡胶及塑料加工工艺［M］.北京:化学工业出版社，2001:2－139.