硅改性聚醚密封膠和硅酮密封膠的耐高溫性能研究

許艷艷，張燕青，董鵬飛，景占閣，孟 婷，張燕紅

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

隨著科技技術(shù)的不斷進步，建筑行業(yè)所用新技術(shù)和新材料也在快速發(fā)展。首先是建筑結(jié)構(gòu)上，由傳統(tǒng)建筑模式開始向輕量化的裝配式建筑上轉(zhuǎn)變；其次是建筑用膠上，具有良好粘接性、高彈性、低污染性和可涂飾性能的硅烷改性聚醚密封膠得到了大力發(fā)展。裝配式建筑結(jié)構(gòu)包含鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等，裝配式建筑由于受到地震荷載、風荷載、雪荷載、結(jié)構(gòu)荷載、高低溫變化等作用產(chǎn)生位移接縫[1]，因而對密封膠提出了一系列性能要求，即高低溫下穩(wěn)定性能、耐紫外線性能、可靠粘接性、隨縫變形性、耐候耐久性、環(huán)保美觀性、低污染性和可涂飾性能等。

硅改性聚醚密封膠是以端硅氧烷聚氧化丙烯醚為主要原料制備而成，也稱聚醚密封膠。聚醚的聚合物具有低黏度、低模量的特點，且對混凝土等多孔材料有良好的粘接性、耐污染性、易涂裝性等，使硅改性聚醚密封膠在裝配式建筑上、普通住宅等建筑上應(yīng)用得到了飛速發(fā)展。

近期有工程在高溫環(huán)境下使用密封膠后出現(xiàn)了硅改性聚醚密封膠的龜裂、粉化等老化現(xiàn)象，不僅影響了工程的外觀和質(zhì)量，降低了使用年限，且大大增加了維修維護的成本。而在同環(huán)境下使用硅酮密封膠卻無任何異常變化。

本文通過采用加熱處理的人工加速老化方法，對比不同溫度、不同時間對密封膠性能的影響，分析硅酮密封膠和硅改性聚醚密封膠的抗溫性能，為建筑用密封膠選材提供可靠的技術(shù)支持，也為建筑工程的耐久性、安全性提供一定的技術(shù)依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

市場索取樣品4種：

硅改性聚醚密封膠1#；硅改性聚醚密封膠2#；硅酮密封膠3#；硅酮密封膠4#。

1.2 儀器與設(shè)備

電子萬能拉力試驗機，自制；

高溫干燥箱，DHG-9070A，上海鴻都電子科技有限公司，溫度可調(diào)至（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃、（150±2）℃。

1.3 試樣制備及性能測試

1.3.1 樣品調(diào)節(jié)

密封膠在標準試驗條件[溫度(23±2)℃、相對濕度(50±5)%]下養(yǎng)護7 d，以備制樣。

1.3.2 試樣制備及養(yǎng)護

按GB/T 13477.8中的規(guī)定制備試樣，將制好的試樣放置于溫度為（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護28 d。

1.3.3 試件表面變化的測試

將養(yǎng)護好的試樣放入高溫干燥箱進行試驗，樣品分配如下：1#樣品10個，分別放置在（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃和（150±2）℃各2個，（23±2）℃2個做對比 ；2#、 3#和 4#樣 品 分 配 亦 如 此 。 實 驗 時 間 分別為1 h、2 h、4 h、8 h、12 h，高溫時間結(jié)束后，取出試樣，在標準試驗條件下放置1 h后，參照GB 16776 中6.9.4的熱老化的試驗方法檢查并記錄試驗試件表面的變化情況。

1.3.4 試件力學(xué)性能的測試

將養(yǎng)護好的硅改性聚醚密封膠（1#、 2#）和硅酮密封膠（3#、 4#）樣品，按照如下方式分配：1#樣品15個，分別放置在（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃和（150±2）℃各3個 ， （23±2）℃3個 做 對 比 ；2#、 3#和 4#樣品分配亦如此。實驗時間分別為7 d。高溫實驗結(jié)束后，取出試樣，在標準試驗條件下放置2 h后，按照《建筑密封材料試驗方法第8部分：拉伸粘接性的測定》（GB/T 13477.8）的試樣方法進行力學(xué)性能的測試，記錄拉伸強度和斷裂伸長率及破壞面積。

表1 高溫試驗后2種膠的表面變化Tab.1 Surface changes of two sealants after high temperature test

2 結(jié)果與討論

2.1 2種膠在高溫條件下的膠面熱老化試驗

硅酮密封膠和硅改性聚醚密封膠在高溫條件下的膠面熱老化試驗結(jié)果見表1。

由表1試驗結(jié)果表明，硅酮密封膠在70～150 ℃條件下放置8 h，膠表面無任何變化，這是由硅酮密封膠的主體結(jié)構(gòu)所決定的。硅酮密封膠的高分子主鏈主要由Si-O鍵組成，其鍵能高達1 014.2 kJ/mol，其他高分子主鏈主要由C-C 鍵（344.4 kJ/mol）組成[2]，且高分子主鏈含有柔順性的硅氧—Si—O—結(jié)構(gòu)，形成高分子聚合物彈性體，賦予了硅酮密封膠優(yōu)異的耐高低溫性能。

硅改性聚醚密封膠在70 ℃放置12 h，密封膠表面無任何變化；90 ℃放置2 h密封膠表面無明顯的變化，放置4 h后表面出現(xiàn)膠面鼓起，有小氣泡出現(xiàn)，放置8 h后密封膠表面鼓起明顯，有2個小氣泡出現(xiàn)，表面老化明顯；120 ℃放置1 h表面顏色先變黃，2 h后表面起鼓明顯，且有龜裂現(xiàn)象，老化明顯，放置4 h后和放置8 h后表面起鼓非常明顯，有龜裂現(xiàn)象，老化明顯；放置12 h后表面氣泡增多，起鼓非常明顯，龜裂現(xiàn)象明顯，老化比較嚴重；但是在150 ℃條件下，放置30 min表面老化明顯，先是密封膠表面顏色變深黃，且起鼓嚴重，龜裂明顯，老化嚴重，放置1 h后膠面已經(jīng)完全老化，表面起鼓嚴重，且膠面與基材脫離，密封膠完全失去粘接作用。

說明溫度不同，對硅改性聚醚密封膠的表面影響不同，且隨著溫度升高，密封膠表面的變化越明顯，表面先有顏色的變化，再有膠面表面起鼓和龜裂的變化，直至密封膠老化嚴重，導(dǎo)致密封膠失效。這是因為硅改性聚醚密封膠是以端硅氧烷聚醚為基礎(chǔ)聚合物制備而成的。聚合物的主鏈為聚醚柔性鏈段，支鏈為端硅烷基且為封端官能團，交聯(lián)密度相對較弱[1]，且高溫作用下熱活性很高，隨著溫度的升高會使分子的熱運動加速，從而引起高聚物發(fā)生交聯(lián)與降解[3，4]。端硅烷基且為封端官能團的交聯(lián)密度弱，在高溫作用下，抵抗不了高溫引起的分子的加速運動，導(dǎo)致密封材料發(fā)生質(zhì)的改變，最先表現(xiàn)在密封膠表面的老化現(xiàn)象上，從而出現(xiàn)有氣泡起鼓和龜裂等現(xiàn)象。

因此，在實際工程使用過程中，硅改性聚醚密封膠的使用溫度條件是首先需要考慮的，如若在90 ℃環(huán)境條件下，硅改性聚醚密封膠可以短時間保持性能4 h，工程實際應(yīng)用意義不大；但是環(huán)境條件超過90 ℃且時間大于4 h時，硅改性聚醚密封膠在高溫下的老化情況會越來越嚴重，隨著溫度的升高和時間的增加，極易導(dǎo)致密封膠失效，失去密封作用。

表2 不同溫度條件對2種密封膠力學(xué)性能的影響Tab.2 Effect of different temperature on mechanical properties of two sealants

2.2 不同溫度下2種密封膠的力學(xué)性能

不同溫度下硅酮密封膠和硅改性聚醚密封膠的力學(xué)性能，按照GB/T13477.8測試數(shù)據(jù)見表2。

由表2數(shù)據(jù)看出，1#和 2#樣品在70 ℃高溫條件處理7 d后，拉伸強度略有減小，而伸長率衰減量分別為7%和8%，而在90 ℃高溫條件下處理7 d后，拉伸強度和伸長率均變化較大，密封膠表面龜裂老化嚴重并失去彈性，拉伸強度衰減量為27%和28%，伸長率衰減量均大于50%，強度和伸長率衰減嚴重，說明高溫條件對硅改性聚醚密封膠的影響較大，且隨著溫度的升高，對力學(xué)性能的影響越嚴重。聚醚密封膠在高溫的作用下，隨著溫度的升高使分子的熱運動加速，從而引起高聚物發(fā)生交聯(lián)與降解[3，4]。端硅烷基且為封端官能團的交聯(lián)密度弱，在經(jīng)過高溫處理后，抵抗不了高溫引起的分子加速運動，導(dǎo)致密封材料的力學(xué)性能大大衰減。

而硅酮密封膠3#、 4#在150 ℃條件下放置35 d后，力學(xué)性能幾乎無衰減，良好的彈性得以保持，且粘接性能優(yōu)異。而硅改性聚醚1#和 2#樣品在120 ℃和150 ℃高溫放置7 d后，密封膠表面膠面龜裂粉化嚴重，且膠面鼓起明顯，粘接失效，力學(xué)性能已無法測試，也就是說硅改性聚醚密封膠的耐高溫能力遠遠不及硅酮密封膠。

裝配式建筑外墻板位于建筑外立面，直接處在大氣環(huán)境下，長期承受包括溫度、地震荷載、結(jié)構(gòu)荷載、風荷載、紫外光照射等多種因素的影響，這就需要密封膠具有一系列的綜合性能。雖然硅改性聚醚密封膠具有低污染性和可涂飾性能，可以在裝配式建筑的室內(nèi)裝飾上發(fā)揮優(yōu)勢，但是耐高溫性能遠不如硅酮密封膠，因此選材方面需要因材施工，不能盲目地確定硅改性聚醚密封膠的使用部位，要按照工程設(shè)計的要求嚴格施工。

3 結(jié)語

由以上實驗結(jié)果得出，硅改性聚醚密封膠的耐高溫能力遠遠不及硅酮密封膠，這是由2種密封膠的主體結(jié)構(gòu)所決定的。

（1）硅酮密封膠由其主鏈為Si-O鍵的特殊結(jié)構(gòu)組成，能形成高分子聚合物彈性體，其鍵能高，賦予了硅酮密封膠優(yōu)異的耐高低溫性能、優(yōu)異的耐氧、臭氧、光和氣候老化性能以及電絕緣性能。

（2）硅改性聚醚密封膠的主體結(jié)構(gòu)是以端硅氧烷封端的聚醚聚合物，其主鏈為聚醚的柔性鏈段，相對分子質(zhì)量與聚二甲基硅氧烷相比較小，支鏈為端硅烷基且為封端的官能團，交聯(lián)密度相對較弱，抵抗不了熱作用引起的分子加速運動，使得高溫下的性能大大衰減，與硅酮密封膠無法比擬。

在使用過程中，如若環(huán)境條件低于90℃，硅改性聚醚密封膠可以短時間發(fā)揮其低模量、易施工、易涂飾的特點，但時間只能保持4 h，工程實際應(yīng)用意義不大；但是環(huán)境條件超過90 ℃且時間大于4 h時，硅改性聚醚密封膠在高溫下的老化情況會越來越嚴重，極易導(dǎo)致密封膠失效。而硅酮密封膠可以在-110～350 ℃條件下，具有最穩(wěn)定耐高低溫性能。

因此需要耐高溫的部位不能使用硅改性聚醚密封膠，所選材料必定要跟所用部位的特性及所起的作用相符合、相一致。如果在不適宜的部位使用了硅改性聚醚密封膠，起不到所應(yīng)起的作用，反而給維修及維護帶來一系列問題，增加維修的成本。