白礦油對(duì)中性硅酮密封膠性能影響的研究

陳炳耀,全文高,彭小琴,陳 亮,岑祚遠(yuǎn),梁 鵬

（1.廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528434;2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528434;3.廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司，廣東 中山528434）

白礦油對(duì)中性硅酮密封膠性能影響的研究

陳炳耀,全文高,彭小琴,陳 亮,岑祚遠(yuǎn)*,梁 鵬

（1.廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528434;2.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528434;3.廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司，廣東 中山528434）

用白礦油替代201硅油作為增塑劑制備了中性通用硅酮密封膠樣品，研究了樣品的施工性能、邵氏硬度、拉伸性能、熱老化性、貯存穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)制成的試樣在常溫下質(zhì)量損失較明顯，導(dǎo)致體積有所收縮、邵氏硬度上升，拉伸性能下降，熱老化性，施工性能和貯存穩(wěn)定性變差，在90℃條件下的熱失重嚴(yán)重；當(dāng)白礦油添加量超過(guò)50質(zhì)量份時(shí)硅酮膠試樣大部分性能已經(jīng)不能滿足通用硅酮建筑密封膠標(biāo)準(zhǔn)的要求。

硅酮密封膠;白礦油;性能

前言

單組分室溫硫化硅橡膠（簡(jiǎn)稱RTV-1硅橡膠）俗稱硅酮密封膠，是以聚二甲基硅氧烷為主要原料，輔以交聯(lián)劑、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑、催化劑在真空狀態(tài)下混合而成的膏狀物，在室溫下通過(guò)與空氣中的水分發(fā)生縮合反應(yīng)固化形成彈性硅橡膠[1]。由于其拉伸強(qiáng)度大、粘接力強(qiáng)，又具有優(yōu)良的電性能和化學(xué)惰性,同時(shí)還具有耐候性、耐火焰、耐濕、透氣、抗振性和適應(yīng)冷熱變化等性能，而且適用粘接范圍廣,使其應(yīng)用價(jià)值非常大，而被廣泛應(yīng)用于門窗、幕墻、玻璃、大理石、鋁材等絕大部分建材。從20世紀(jì)90年代開始,硅酮玻璃密封膠開始在中國(guó)的玻璃裝飾行業(yè)大量使用,為降低生產(chǎn)成本,國(guó)內(nèi)外公司致力于尋找廉價(jià)的原材料[2]。硅油是建筑硅酮密封膠常用且公認(rèn)的增塑劑，但是由于其價(jià)格昂貴，不少公司會(huì)選擇用廉價(jià)的白礦油代替昂貴的201硅油做增塑劑，也是不少小型硅酮密封膠生產(chǎn)企業(yè)降低產(chǎn)品成本的重要手段。材料的替代必定會(huì)給產(chǎn)品性能造成一定的影響，且目前市場(chǎng)上硅酮密封膠產(chǎn)品種類繁多，魚龍混雜，有必要研究白礦油代替201硅油做硅酮密封膠增塑劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

本研究以107硅橡膠為基膠，氣相白炭黑為補(bǔ)強(qiáng)材料，甲基三丁酮肟基硅烷為交聯(lián)劑，配以硅烷偶聯(lián)劑、顏料和催化劑制成中性硅酮密封膠，對(duì)比以201硅油為增塑劑和以白礦油為增塑劑制成的硅酮密封膠的性能，從而分析討論白礦油對(duì)硅酮密封膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

107硅橡膠，工業(yè)級(jí)，廣州市博順化工有限公司；氣相白炭黑，工業(yè)級(jí)，天津億博瑞化工有限公司；甲基三丁酮肟基硅烷，工業(yè)級(jí)，荊州市江漢精細(xì)化工有限公司；硅烷偶聯(lián)劑，工業(yè)級(jí)，荊州市江漢精細(xì)化工有限公司；催化劑，工業(yè)級(jí)，羅斯化工有限公司；201硅油，工業(yè)級(jí)，深圳市特別科技有限公司；白礦油，工業(yè)級(jí)，茂名市寶潤(rùn)化工有限公司；炭黑色漿，工業(yè)級(jí)，廣州文嘉化工有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)型強(qiáng)力分散機(jī)，QF-5，佛山市金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；實(shí)驗(yàn)型壓料機(jī)，YLJ-5，佛山市金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；高速分散釜，NX-5，廣東省佛山市諾星機(jī)械設(shè)備有限公司；雙柱拉力材料試驗(yàn)機(jī)，ZL1009A，東莞市正藍(lán)精密儀器有限公司，紹氏A型硬度計(jì)，天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司；8401A-2試驗(yàn)室高溫干燥箱，上海康路儀器設(shè)備有限公司。

1.3 硅酮密封膠制備實(shí)驗(yàn)方案

按質(zhì)量份配比，在高速分散釜加入100份107硅橡膠、10～50份白礦油或者201硅油，真空高速分散攪拌20min得到基膠；加入5份交聯(lián)劑甲基三丁酮肟基硅烷，真空條件下攪拌分散10min使之充分混合均勻；加入15份氣相白炭黑，待攪拌均勻，真空攪拌分散40min；加入2份硅烷偶聯(lián)劑和0.5份催化劑及其他助劑，真空攪拌分散30min，停機(jī)壓料至PE管中密封貯存待用。

1.4 性能測(cè)試

外觀：目測(cè)；

擠出性：按GB/T13447.3—2003試驗(yàn)；

表干時(shí)間：按GB/T13477.5—2003試驗(yàn)；

固化深度：使用固化深度板檢測(cè)樣品在標(biāo)準(zhǔn)條件下24 h固化深度；

邵氏硬度：制備樣品按GB/T531—1999采用邵氏A型硬度計(jì)上測(cè)試；

拉伸性能：制備標(biāo)準(zhǔn)試樣按GB/T528-1998在拉力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試；

貯存穩(wěn)定性：利用熱貯前后擠出性的變化表征貯存穩(wěn)定性[3];

熱老化性：按GB/T14683-2003《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》規(guī)定的方法測(cè)定試樣的熱老化性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 白礦油對(duì)硅酮密封膠施工性的影響

表1、表2分別是以不同添加量白礦油和201硅油為增塑劑制作成硅酮密封膠試樣的施工性，對(duì)比分析二者及其添加量對(duì)試樣的施工性能的影響。

表1 添加不同量白礦油的硅酮密封膠施工性Table 1 The workability of silicone sealant prepared with white mineral oil

表2 添加不同量201硅油的硅酮密封膠施工性Table 2 The workability of silicone sealant prepared with 201 silicone oil

由表1中增塑劑為10份、30份、50份的白礦油三組試樣和表2中增塑劑為10份、30份、50份的201硅油三組試樣的檢測(cè)數(shù)據(jù)比較分析，對(duì)外觀、下垂度性能而言，數(shù)值比較接近，白礦油及添加量對(duì)其影響不是很明顯；對(duì)擠出性的影響，不論是白礦油還是201硅油，均出現(xiàn)隨增塑劑添加量的增加，試樣擠出時(shí)間逐漸變短，擠出更容易，相對(duì)201硅油，白礦油的作用更加明顯；對(duì)表干時(shí)間和固化速度的影響，白礦油添加量的增加，對(duì)試樣的表干時(shí)間及固話速度影響很小，表干、固化性能良好，但201硅油添加量增加時(shí)，試樣表干時(shí)間明顯增長(zhǎng)，固化速度明顯下降，表干、固化性能變差，且添加量大于50（質(zhì)量份）時(shí)，試樣的固化速度小于標(biāo)準(zhǔn)值要求。

綜上所訴，一定添加量范圍內(nèi)，白礦油和201硅油基本不影響硅酮密封膠的外觀和下垂度，白礦油對(duì)硅酮密封膠試樣施工性能上的影響主要體現(xiàn)在擠出性能，且隨添加量的增加，擠出時(shí)間變短；201硅油對(duì)硅酮密封膠施工性能影響主要體現(xiàn)在表干時(shí)間和固化速度，隨其添加量增加，表干時(shí)間和固化速度指標(biāo)均變差。

2.2 白礦油對(duì)硅酮密封膠邵氏硬度的影響

表3是不同添加量的白礦油和201硅油按實(shí)驗(yàn)配方制成樣品后，分別制作標(biāo)準(zhǔn)硬度塊試樣貯存在室溫條件下，貯存不同時(shí)間后所得的邵氏硬度數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)可以分析白礦油對(duì)硅酮密封膠邵氏硬度的影響。

由表3數(shù)據(jù)可以看出，硬度塊試樣在相同的貯存時(shí)間為7d條件下，相同添加量的白礦油和201硅油的試樣邵氏硬度數(shù)值相近，而不同添加量的白礦油和201硅油的試樣邵氏硬度數(shù)值相差比較大，且隨白礦油或201硅油添加量的增加，硬度值會(huì)下降，出現(xiàn)試樣邵氏硬度降低的現(xiàn)象，這是因?yàn)樵嚇拥纳凼嫌捕戎饕稍嚇又械臍庀喟滋亢谫|(zhì)量分?jǐn)?shù)、107膠相對(duì)分子質(zhì)量、增塑劑的添加量以及交聯(lián)劑的添加量所決定，且本實(shí)驗(yàn)配方中只有增塑劑的添加量是變量，所以上述邵氏硬度的變化結(jié)果主要是由增塑劑添加量引起；在表3中，每一組試樣的硬度塊隨著貯存時(shí)間增加，試樣的邵氏硬度數(shù)值出現(xiàn)上升，且使用白礦油做增塑劑的三組試樣邵氏硬度數(shù)值出現(xiàn)隨貯存時(shí)間的增加而變大，且數(shù)值變化明顯，而使用201硅油做增塑劑的另三組試樣邵氏硬度數(shù)值隨貯存時(shí)間增加變化不大，這主要由白礦油在試樣貯存過(guò)程中揮發(fā)導(dǎo)致，而201硅油是非揮發(fā)型增塑劑，因此變化不明顯。

表3 貯存時(shí)間對(duì)硅酮密封膠硬度的影響Table 3 The effect of storage time on the shore hardness of silicone sealant

綜上所述，增塑劑白礦油或者201硅油的添加量增加時(shí)，硅酮密封膠試樣的邵氏硬度會(huì)降低，而隨硬度塊試樣貯存時(shí)間增加，白礦油的揮發(fā)會(huì)導(dǎo)致試樣邵氏硬度增加，201硅油則不會(huì)導(dǎo)致邵氏硬度增加。

2.3 白礦油對(duì)硅酮密封膠拉伸性能的影響

表4是分別添加10份、30份、50份的白礦油和201硅油的6組實(shí)驗(yàn)樣品按標(biāo)準(zhǔn)要求制做啞鈴狀試件，在拉力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試?yán)煨阅艿臄?shù)據(jù)。

表4 各組試樣拉伸性能對(duì)比Table 4 The tensile properties comparison of samples in each group

由表4數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在添加10份、30份、50份白礦油的三組試樣中，隨白礦油添加量的增加，試樣拉伸延長(zhǎng)率也逐漸增加，主要是因?yàn)榘椎V油改變?cè)嚇铀苄裕瑫r(shí)使試樣最大拉伸力和抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)不同幅度的下降，導(dǎo)致拉伸性能下降；而添加不同份201硅油的三組試樣，隨201硅油添加量的增加，試樣的拉伸延長(zhǎng)率、最大拉力和拉伸強(qiáng)度也出現(xiàn)以白礦油為增塑劑時(shí)試樣性能的變化，只是數(shù)值變化的幅度相對(duì)比較小，整體拉伸性能保持相對(duì)穩(wěn)定；相同添加量的白礦油或者201硅油時(shí)，使用201硅油做增塑劑的試樣最大拉力和拉伸強(qiáng)度均大于使用白礦油做增塑劑的的試樣，這是因?yàn)榘椎V油主要成分是烷烴類直鏈型碳?xì)渚酆衔?，隨飽和烷烴量增加，試樣的拉伸性能下降，而201硅油是聚硅氧烷，能與試樣中的有機(jī)硅成分緊密的結(jié)合，隨其份量增加，試樣的拉伸性能保持相對(duì)穩(wěn)定。

綜上所述，白礦油添加量增加時(shí)，硅酮密封膠的整體拉伸性能出現(xiàn)下降，201硅油添加量增加時(shí)，硅酮密封膠整體拉伸性能相對(duì)比較穩(wěn)定，二者均導(dǎo)致硅酮密封膠塑性增加。

2.4 白礦油對(duì)硅酮密封膠熱老化性能的影響

圖1是添加10份、30份、50份白礦油和10份201硅油四組實(shí)驗(yàn)配方試樣在90℃條件下質(zhì)量損失隨貯存時(shí)間變化的關(guān)系曲線：

由圖1可以看出，添加10份201硅油的試樣熱失重非常小，質(zhì)量損失幾乎可以忽略，而添加不同量白礦油的三組試樣熱失重均明顯的增大，且白礦油添加量越大，試樣熱失重越大，在90℃貯存7d時(shí)間之后，隨貯存時(shí)間增加，試樣的熱失重率逐漸下降，添加50份白礦油的試樣熱失重竟高達(dá)30%以上，嚴(yán)重超過(guò)了硅酮建筑密封膠的通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%的上限[4]，這可能是試樣中的白礦油在90℃高溫烘烤過(guò)程中揮發(fā)導(dǎo)致質(zhì)量損失，并且與前面試樣硬度增加的現(xiàn)象相吻合。圖中四組試樣在90℃的高溫烘烤后，在外觀上并未出現(xiàn)開裂和粉化現(xiàn)象，但添加增塑劑白礦油的三組試樣出現(xiàn)不同程度的體積收縮現(xiàn)象，且白礦油添加量越大，試樣體積收縮越程度嚴(yán)重，這會(huì)嚴(yán)重影響到硅酮密封膠產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的填縫密封性能。

綜上所述，添加白礦油做增塑劑的試樣，在90℃條件下熱失重嚴(yán)重，并使試樣體積收縮；添加201硅油做增塑劑的試樣，熱失重小且不會(huì)出現(xiàn)體積收縮，耐老化性能更優(yōu)。

2.5 白礦油對(duì)貯存穩(wěn)定性的影響

圖2是分別是添加10份、30份、50份白礦油和201硅油的6組實(shí)驗(yàn)配方試樣擠出性隨80℃高溫條件下貯存時(shí)間變化的關(guān)系曲線：

Study on the Effect of White Mineral Oil on the Performance of Neutral Silicone Sealant

CHEN Bing-yao,QUAN Wen-gao,PENG Xiao-qin,CHEN Liang,CEN Zuo-yuan and LIANG Peng
（1.Guangdong Sanvo Holdings Ltd.,Zhongshan 528429,China;2.Guangdong Sanvo Chemical Technology Co.,Ltd.,Zhongshan 528429,China;3. Guangdong Fuvo Industrial Co.,Ltd.,Zhongshan 528429,China）

The neutral silicone sealant is prepared with white mineral oil instead of 201 silicone oil as plasticizer.The workability,shore hardness,tensile strength,thermal aging property and storage stability of the samples are studied.The results show that at room temperature the weight loss of the silicone sealant prepared with mineral oil as plasticizer is significant,which leads to a volume contraction,an increase in shore hardness, and its tensile strength decreases,the thermal aging performance,workability and storage stability becomes worse;at 90℃ the weight loss is very serious.When the white mineral oil amount exceeds 50 parts by mass,most performances of silicone sealant samples have been unable to meet the universal standards of silicone sealant for building.

Silicone sealant;white mineral oil;perfromance

Q436.6

A

1001-0017（2015）06-0423-04

2015-09-05

陳炳耀，（1973-），男，廣東順德人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫?xì)化工及膠黏劑。

*通訊聯(lián)系人