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摘要：本文通過實驗和測試分析了填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠性能的影響。分別采用二甲基硅油與高沸硅油制備的中空玻璃硅（詞條“玻璃硅”由行業(yè)大百科提供）酮結(jié)構(gòu)膠進行對比試驗，考察了其加速老化（詞條“老化”由行業(yè)大百科提供）后的粘結(jié)性能、硬度、曝曬老化性能、泡水性能。實驗結(jié)果表明：填充高沸硅油會對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠的使用壽命和粘結(jié)穩(wěn)定性造成不利影響。
關(guān)鍵詞：硅酮結(jié)構(gòu)密封膠;高沸硅油;老化性能
1.前言
中空玻璃其大方美觀的裝飾效果，普遍為商業(yè)和辦公樓建筑所青睞[1]。用于中空玻璃間起密封粘接作用的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠經(jīng)過產(chǎn)業(yè)界研究者的共同努力，我國中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已初具規(guī)模，但是，長期以來快速粗放的發(fā)展也產(chǎn)生了一些問題[2-3]。有部分企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，在中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠配方中使用價格較低的高沸硅油替代二甲基硅油，使其耐候性、力學性能及老化性等均受到很大的影響，給建筑玻璃幕墻的工程質(zhì)量埋下隱患，不利于此行業(yè)長期穩(wěn)定的發(fā)展。
高沸硅油是甲基氯硅烷單體合成過程中產(chǎn)生的高沸點混合物，通常是醬色、帶有刺激性氣味并具有強烈腐蝕性的混合液體，包含大約30多種硅烷混合物，這類高沸硅油產(chǎn)品中仍含有氯原子，產(chǎn)品呈酸性，殘余有多種可反應(yīng)基團，同時還含有大量的有機硅小分子等[4]。二甲基硅油則是一種化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有生理惰性，耐高低溫性能良好，常被作為硅酮密封膠（詞條“硅酮密封膠”由行業(yè)大百科提供）的增塑劑 [5]。
為了規(guī)定高沸硅油的技術(shù)指標及應(yīng)用，中國氟硅有機材料工業(yè)協(xié)會提出了團體標準T/FSI 007-2017，此標準未提及高沸硅油可以用于硅酮結(jié)構(gòu)膠領(lǐng)域。高沸硅油主要用于制備硅油、有機硅防水劑、有機硅樹脂、及有機氯硅烷單體的混合物等 [6]。部分企業(yè)受利益驅(qū)使，采用價格相對低廉的高沸硅油制備硅酮結(jié)構(gòu)膠，但未對高沸硅油添加后對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠的影響進行系統(tǒng)測試，缺乏可靠性驗證、耐老化性能的研究等。對此，本文對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠中填充高沸硅油后的基本力學性能及老化性能進行了相應(yīng)研究。
2. 實驗部分
2.1主要原材料
α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷(107膠)，10000 mPa•s，內(nèi)蒙古恒業(yè)成有機硅有限公司;二甲基硅油(PDMS)，350m Pa•s，唐山三友硅業(yè)有限責任公司;納米碳酸鈣，山西蘭花華明納米材料有限公司;重質(zhì)碳酸鈣，廣西科隆粉體有限公司;二月桂酸二丁基錫，吉林華信化工;高沸硅油，市售。
2.2儀器及設(shè)備
實驗型捏合機（詞條“捏合機”由行業(yè)大百科提供）：NHZ-5，佛山市金銀河機械設(shè)備有限公司;萬能拉力試驗機：CMT4304型，深圳三思縱橫科技股份有限公司;行星分散攪拌機，ZKJ-2，江陰市雙葉機械有限公司;雙離心混合機：DACC 600.2V，上海均值進出口有限公司;水-紫外線輻照試驗箱，河南建材研究設(shè)計院;橡膠硬度計：LX-A型，上海市六菱儀器廠。
2.3實驗部分
A組分制備：將107膠100份，活性納米碳酸鈣70份，活性重質(zhì)碳酸鈣60份，二甲基硅油10份加入捏合機并升溫至90℃，充分混合60min，制得A組分。保持其它條件不變將二甲基硅油替換為高沸硅油得到填充高沸硅油的A組分。
B組分制備：將適量的炭黑，硅油混合，120 ℃反應(yīng)60min形成基料，再將混合好的復(fù)配偶聯(lián)劑，復(fù)配交聯(lián)劑，催化劑投入行星機中，真空條件下充分混合，制得B組分，密封儲存。
制得的A、B組分按照體積比10:1于真空下混合均勻制成樣膠，按GB/T 13477.8-2003標準制備成H型試片。本文將以上填充二甲基硅油的硅酮結(jié)構(gòu)膠命名為試樣A，填充高沸硅油制備的硅酮結(jié)構(gòu)膠命名為試樣B。
2.4 測試
2.4.1 拉伸粘結(jié)性測試
試片在標準條件(溫度:23 ℃±2 ℃，相對濕度: 50 %±5 %)養(yǎng)護28天后按GB 16776中6.8.4規(guī)定進行測試。
2.4.2 水-紫外線光照測試
水-紫外線光照后的拉伸（詞條“拉伸”由行業(yè)大百科提供）粘結(jié)性測試按照GB 16776中6.8.8進行測試。
2.4.3 加速老化測試
取制備的試片放置于70 ℃烘箱保持14天，取出后置于試片在標準條件(溫度:23 ℃±2 ℃，相對濕度: 50 %±5 %)養(yǎng)護24小時后進行拉伸粘結(jié)性測試。
2.4.4 曝曬測試
制備的試片養(yǎng)護結(jié)束后置于戶外試驗暴曬場(廣州，典型亞熱帶濕熱氣候特征)進行自然老化6個月曝曬測試。曝曬結(jié)束后分別選取一組進行拉伸粘結(jié)性測試，另一組對其進行2.4.2中水-紫外線光照測試。
3. 結(jié)果與討論
3.1填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠常溫拉伸粘結(jié)性影響
目前GB 24266-2009對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠各項性能指標有明確規(guī)定，從表1可知高沸硅油的添加對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠初始拉伸粘結(jié)強度、粘結(jié)性、硬度影響很小，其拉伸強度分別為0.83和0.82Mpa，且粘結(jié)面積均為全粘結(jié)，硬度基本一致。但填充高沸硅油會使中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠最大強度伸長率降低，最大強度伸長率由125%降低至98%。通過上述結(jié)果分析，填充高沸硅油的樣品B測試結(jié)果能符合GB 24266-2009的要求，用戶在前期使用時很難發(fā)現(xiàn)差異，為了考察填充高沸硅油的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠長期使用情況，本文對其進行了加速老化后的相關(guān)應(yīng)用性能進行了研究。
3.2填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠水-紫外線光照影響
中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠在實際工程使用中會長期面臨紫外線照射、雨水侵蝕。為了模擬試樣A和試樣B在室外環(huán)境下老化后性能變化情況，對兩組試樣進行了水-紫外線光照測試，從圖1可得經(jīng)過水-紫外線光照300h測試后，試樣A的粘結(jié)面積測試結(jié)果前后均為100 %粘結(jié)，試樣B的粘結(jié)面積測試結(jié)果則由100%下降至96%。
3.3填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠70 ℃加速測試影響
為了進一步研究填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠老化后性能的影響，對試樣A和試樣B進行70 ℃加速測試結(jié)果如圖2所示：
對比可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過70 ℃熱氧老化14天后，使用二甲基硅油試樣A的粘結(jié)面積測試結(jié)果前后均為100 %粘結(jié)，試樣B的粘結(jié)面積測試結(jié)果則由100%下降至95%。
3.4填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠常溫養(yǎng)護后力學性能的影響
將表 2 數(shù)據(jù)與初始表 1 數(shù)據(jù)對比可得，添加二甲基硅油的試樣A在長期養(yǎng)護后，其硬度、拉伸強度略有上升，最大強度伸長率略有下降。而對于添加高沸硅油的試樣B，其強度、硬度增長均高于試樣A。試樣B的最大強度伸長率從98 %下降到75 %，硬度由47升至55。通過以上對比分析可得，填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠長期養(yǎng)護后的應(yīng)用性能會造成一定影響，隨著使用時間的延長，填充高沸硅油的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠更容易變硬和脆化。
3.5填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠曝曬老化性能影響
為了模擬中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠在工程中的實際使用情況，將試樣A和試樣B進行自然曝曬實驗，將表 3 數(shù)據(jù)與初始表 1 數(shù)據(jù)對比可得，自然曝曬6個月后，試樣A的最大強度伸長率下降了9.4%，試樣B的最大強度伸長率下降了31.1%。試樣A的硬度由47增長至51，試樣B的硬度則由47增長至63。且自然曝曬6個月后，使用二甲基硅油試樣A的粘結(jié)面積測試結(jié)果前后均為100 %粘結(jié)，而添加高沸硅油試樣B的粘結(jié)面積測試結(jié)果則由100%下降至97%。
為了模擬中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠在較為嚴格條件下的使用情況，我們將經(jīng)過自然曝曬實驗后的試樣A和試樣B再次進行了300h的水-紫外線光照測試，結(jié)果如圖3所示：
可以發(fā)現(xiàn)在較為嚴格的條件下，使用二甲基硅油試樣A的粘結(jié)面積測試結(jié)果由100 %下降至88%，而添加高沸硅油試樣B的粘結(jié)面積測試結(jié)果則由100%下降至45%。根據(jù)以上測試結(jié)果可得，填充高沸硅油對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠的老化性能影響很大，試樣B性能下降非常明顯，不粘結(jié)面積進一步擴大，長期應(yīng)用中會存在很大的質(zhì)量隱患。
經(jīng)過以上幾種加速老化測試后，填充高沸硅油后的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠對比填充二甲基硅油的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠性能均有下降，這種現(xiàn)象可能是高沸硅油在中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠中的相容性差于二甲基硅油，并且高沸硅油中包含的多種硅烷混合物如含Si-H鍵等物質(zhì)，也會導(dǎo)致密封膠耐老化性能下降[7]。因此，為了保證中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠在工程中的使用質(zhì)量，用戶應(yīng)注意不要使用填充高沸硅油的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠。
4. 結(jié)論
1. 填充高沸硅油到中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠中其初始力學性能滿足標準要求，但對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠的老化性能影響較大，從老化后性能的對比分析，填充高沸硅油會造成產(chǎn)品硬度上升，伸長率降低，粘結(jié)性下降，長期應(yīng)用會有很大的安全隱患。
2. 目前行業(yè)內(nèi)對填充高沸硅油到中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠的影響無系統(tǒng)性研究，筆者在此建議用戶不要選擇填充高沸硅油的中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品，也希望行業(yè)內(nèi)能加強監(jiān)管，對中空玻璃硅酮結(jié)構(gòu)膠的性能指標提高相應(yīng)的要求。
參考文獻
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作者單位：廣州市白云化工實業(yè)有限公司
