【门窗展论文集】改性硅烷偶联剂对硅橡胶性能的影响
日期:2015-06-10

脱醇型室温硫化液体硅橡胶(RTV硅橡胶)的显著特点为无臭,无毒,对金属基材无腐蚀。是目前硅酮结构胶主要采用的类型,硅酮结构胶是一种中性固化、专为建筑幕墙中的结构粘结装配而设计的[1]。可在很宽的气温条件下轻易地挤出使用,依靠空气中的水分固化成优异、耐用的高模量、高弹性的硅酮橡胶。多官能性烷基硅氧烷及硅氧烷是配制脱醇型RTV硅橡胶的交联剂,双组份RTV硅橡胶多使用原硅酸乙酯,原硅酸丙脂和聚硅酸乙酯等,单组份RTV硅橡胶则多使用甲基三甲氧基硅烷,有时候也采用甲基三乙氧基硅烷,乙烯基三甲氧基硅烷并用体系。在常用的五大类液体硅橡胶水解活性对比中,丙酮型>酰胺型>乙酸型>酮肟型>醇型,[2]脱醇型硅橡胶水解活性偏低,需要配合催化剂促进基础聚合物与交联剂的缩合交联反应,常用的催化剂主要有有机锡类催化剂和钛酸酯及其配合物类催化剂,在配方设计中虽然催化剂投量很少,但是催化剂具有的生物毒性不容忽视,例如常用的二月桂酸二丁基锡的小鼠口服半致死量(LD50)为175-1600mg/kg 。为寻求在降低催化剂投量的基础上保持硅橡胶性能的方法,本文采用改性的的硅烷偶联剂(TH-550),改性RTV硅橡胶,对比采用KH-550作为偶联剂的的硅橡胶的力学性能和粘接性能。

1 实验部分

1.1 主要原料及设备
α,ω-端羟基聚二甲基硅氧烷(107胶),新蓝天化工;γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550),新蓝天化工;TH-550,自制;交联剂;有机锡催化剂,硅橡胶A组分,集泰化工。

1.2 制备工艺
将一定量的107胶与交联剂,偶联剂,催化剂依次混合,搅拌均匀后灌装得结构胶B组分,在使用时按一定比例混合结构胶A组分和结构胶B组分即可。

1.3 性能测试
1)拉断时间:
混合结构胶A,B两组份,从混合开始计时,注入烧杯中,插入木棒,间隔一定时间拉起木棒,当拉起木棒胶在内部断裂时,即为拉断时间,如图1所示:


图 1 拉断时间示意图 
                

2)物理力学性能
哑铃测试:将胶样注入模具中,压平,在25℃,55%RH的环境中固化7d。取出胶片,裁成标准的哑铃型。按GB/T 528采用电子万能试验机测试拉伸强度。
力学性能:标准条件,浸水7d,90℃烘烤1h,水紫外光照300h的力学性能测试,均按GB/T 13477方法测试。

2 结果与讨论

2.1 偶联剂对拉断时间和催化剂投量的影响
在其他组分不变的情况下,改变两种偶联剂,对拉断时间的影响如表1所示:

表1 不同偶联剂对硅橡胶拉断时间的影响

从表1可以看出,在其他条件不变的情况下,相比于KH-550,采用TH-550做偶联剂的配方大大缩短了硅橡胶的拉断时间,而且随着偶联剂投量的加大,拉断时间迅速缩短,拉断时间从一方面反映了硅橡胶的固化速度。TH-550加入后显著缩短硅橡胶拉断时间的主要原因是加入TH-550与配方中的其他偶联剂更容易产生“协同效应”,增加固化速度[3]。
固定偶联剂投量,改变催化剂投量对结构胶拉断时间的影响如表2所示:


表2 催化剂对拉断时间的影响


从表2可以看出,在偶联剂投量一定的情况下,相同的催化剂投量对以TH-550为偶联剂的硅橡胶的拉断时间影响更明显,以表中数据为例,在达到40分钟左右的拉断时间上,TH-550做偶联剂的配方仅需要0.04g催化剂,而以KH-550做偶联剂的配方需要0.4g催化剂。这主要是由于TH-550在体系具有更高的活性,更容易与107基胶的末端羟基发生作用。

2.2 偶联剂对力学性能的影响


表3 不同偶联剂对硅橡胶理学性能的影响

从表3可以看出,在其他条件不变的情况下,添加TH-550做偶联剂的硅橡胶在力学性能上和以KH-550做偶联剂的硅橡胶没有明显差异,在各种条件下的断裂伸长率实验中,可以看出,添加TH-550硅橡胶的断裂伸长率稍高于添加KH-550的硅橡胶,这主要是因为添加TH-550的硅橡胶具有较高的模量。

2.3 偶联剂对粘接性能的影响


表4 不同偶联剂的硅橡胶粘接性试验

注:CF为内聚破坏、MF为混合破坏、AF为界面破坏


从表4可以看出,对于常用粘接材料,更换偶联剂对于硅橡胶的粘接性没有明显的影响,两种偶联剂对于三种粘接材料在完全固化后均为内聚破坏,这主要是由于TH-550引入硅橡胶后,虽然减少了催化剂的投量,但是TH-550对于基材表面的润湿作用导致硅橡胶和粘接基材的接触角变小,更利于粘接。

3 结论

(1)在催化剂用量相同的情况下,添加同等份数的两种偶联剂,TH-550可以大大缩短硅橡胶的固化时间。
(2)在两种偶联剂用量相同的情况下,达到相同的固化效果,两种硅橡胶的催化剂投量比为1:10。采用TH-550做偶联剂的硅橡胶可以大大的减少催化剂的投量。
(3)采用TH-550做偶联剂的硅橡胶在减少了催化剂的投量后,对比采用KH-550做偶联剂,未减少催化剂投量的硅橡胶,其模量有所提高,其他力学性能和粘接性能没有明显变化。

参考文献
[1] 黄文润,液体硅橡胶,四川科学技术出版社,2009
[2] 何秀冲,王熹,廖江涛,贮存稳定快固型RTV-1密封胶的制备及性能,粘接, 2013.1:34-37
[3] 张海龙,张燕青,王晓红,崔 洪,硅酮结构密封胶使用寿命的影响因素及评价方法,建筑接缝密封与防水,2012.13:21-25

 

全文摘自2015全国铝门窗幕墙行业年会论文集《改性硅烷偶联剂对硅橡胶性能的影响》,作者娄小浩、陈中华。转载请注明出自广州门窗展官网http://www.windoorexpo.com/和作者。
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关键词:门窗展,幕墙展,结构胶,门窗展论文集
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