裝配式混凝土建筑用聚氨酯密封膠開發(fā)及性能研究

目前，市場上用于裝配式混凝土建筑外墻接縫的密封材料產(chǎn)品單一，建筑設(shè)計(jì)選擇有限。其中，歐美市場以聚氨酯密封膠和硅烷改性聚醚（MS）密封膠為主。日本市場早期以聚氨酯密封膠為主，后來開發(fā)了耐候性更理想的MS密封膠，目前日本市場以MS密封膠為主。MS密封膠用在混凝土基材上容易出現(xiàn)堿降解導(dǎo)致脫膠，必須配套專業(yè)的底涂使用；此外，MS樹脂和配套的交聯(lián)促進(jìn)劑目前主要依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研發(fā)起步晚、基礎(chǔ)薄弱，不利于我國裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。聚氨酯建筑密封膠即使不使用底涂，與混凝土基材也具有很好的粘結(jié)性，且關(guān)鍵原材料和輔料全部國產(chǎn)化。本項(xiàng)目旨在開發(fā)一款與裝配式混凝土建筑匹配性好、使用壽命長、安全環(huán)保的聚氨酯密封膠，為裝配式混凝土建筑的安全性和舒適性保駕護(hù)航。1、實(shí)驗(yàn)部分按比例將活性碳酸鈣粉、活性納米碳酸鈣、炭黑、鈦白粉、增塑劑加入真空捏合機(jī)，加熱使物料在120～125

℃條件下真空干燥3h；通過卡爾費(fèi)休法測定水分，確認(rèn)水分含量小于50ppm后，取出放入干燥器，作為備用色膏。將聚醚多元醇加入三口瓶中，攪拌升溫至120～125

℃條件下真空干燥1h；降溫到80

℃，加入異氰酸酯單體，在80～85

℃條件下聚合3h；加入催化劑T-12，繼續(xù)在80～85

℃條件下恒溫聚合0.5h，得到聚氨酯基膠。將聚氨酯基膠、脫水色膏加入行星強(qiáng)力分散釜，在常溫下分散1h；加入除水劑、催化劑和其他助劑，常溫混合0.5h，出料包裝。聚氨酯密封膠的基礎(chǔ)配方：基膠25

份、增塑劑（DINCH）20份、活性碳酸鈣粉20

份、活性納米碳酸鈣粉30份、催化劑0.1份、XY-402除水劑0.5份、硅烷偶聯(lián)劑0.4份、其他助劑4份（均為質(zhì)量份，下同）。2、聚氨酯密封膠的性能測試結(jié)果本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的裝配式混凝土建筑用聚氨酯密封膠的基本性能見表1。該聚氨酯密封膠基膠采用脂肪族的異氰酸酯單體和聚醚多元醇，產(chǎn)品不易黃變；炭黑和鈦白粉具備優(yōu)異的耐紫外老化性能，所以制備的聚氨酯密封膠耐候性好，經(jīng)1500h紫外老化后依然能夠保持很好的延伸率，外觀沒有粉化和開裂現(xiàn)象；產(chǎn)品經(jīng)熱老化、高低溫循環(huán)和冷拉-熱壓疲勞試驗(yàn)后，依然與混凝土基材粘結(jié)良好；破壞性試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品與混凝土粘結(jié)破壞面積為0%，即該款密封膠與混凝土粘結(jié)屬于內(nèi)聚破壞，這與其超低的模量特性有關(guān)，密封膠的模量越低，與基面脫膠的可能性就越小。因此，該聚氨酯密封膠可用于暴露在大氣環(huán)境中的裝配式建筑接縫的密封，為其提供長久防護(hù)效果。此外，該款耐候聚氨酯密封膠質(zhì)量損失率低，對環(huán)境友好，有利于環(huán)境保護(hù)和工人健康。表1

聚氨酯密封膠基本性能指標(biāo)3、觸變劑的選擇及其對密封膠性能的影響本項(xiàng)目選擇經(jīng)活化劑改性的納米碳酸鈣作為觸變劑，開發(fā)了一款高效觸變、低黏度的單組分聚氨酯密封膠。通過改變觸變劑活性納米碳酸鈣的用量制備了一系列聚氨酯密封膠，考察觸變劑用量對其性能的影響，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見表2?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)活性納米碳酸鈣的添加量達(dá)到30份時(shí)，聚氨酯密封膠即具有很好的抗下垂性。表2

活性納米碳酸鈣對密封膠性能的影響此外，隨著活性納米碳酸鈣添加量的提高，密封膠的拉伸模量也增大，說明納米碳酸鈣對密封膠有較好的補(bǔ)強(qiáng)作用；密封膠體系的黏度也隨之增大、擠出性變差。從擠出性測試結(jié)果來看，采用活性納米碳酸鈣做觸變劑時(shí)，聚氨酯密封膠的擠出性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求的150mL/min，一方面可以減少生產(chǎn)和施工過程中材料的損耗，另一方面也可極大地提高施工效率。綜合性能和成本因素考慮，觸變劑活性納米碳酸鈣的添加量宜為30份。

4、聚氨酯密封膠儲存穩(wěn)定性的評價(jià)聚氨酯密封膠對濕氣比較敏感，除了生產(chǎn)之前對原材料進(jìn)行嚴(yán)格脫水處理外，通常會在其配方中加入適量的除水劑。本項(xiàng)目采用亞胺類潛固化劑XY-402作為聚氨酯密封膠的除水劑，亞胺類除水劑遇水反應(yīng)釋放出伯胺基，伯胺基與聚氨酯基膠中的異氰酸酯基快速反應(yīng)，避免二氧化碳?xì)馀莸漠a(chǎn)生。所以，亞胺類除水劑除了能提高聚氨酯密封膠的儲存穩(wěn)定性，還能抑制聚氨酯密封膠的脹縫問題。通過改變除水劑的用量制備了一系列聚氨酯密封膠，考察除水劑用量對其性能的影響，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見表3?？梢园l(fā)現(xiàn)，除水劑XY-402的添加量達(dá)到0.5份時(shí)，能解決聚氨酯密封膠的脹縫現(xiàn)象。此外，隨著除水劑添加量的增加，密封膠的模量隨之變小。表3

除水劑對聚氨酯密封膠性能的影響將除水劑添加量為0.5份的聚氨酯密封膠產(chǎn)品放置在50

℃恒溫箱中加速儲存，通過擠出性能測試考察其儲存穩(wěn)定性。從圖1和圖2中的數(shù)據(jù)來看，聚氨酯密封膠的擠出性隨著儲存時(shí)間的推移而變小，加熱條件下和標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下的儲存變化趨勢一致?？傮w來看，本項(xiàng)目制備的聚氨酯密封膠擠出性較好，常溫儲存一年后擠出性仍能達(dá)到400mL/min以上，產(chǎn)品能滿足一年的儲存需求，不影響其施工性，遠(yuǎn)優(yōu)于市場上現(xiàn)有的聚氨酯密封膠產(chǎn)品。圖1

加熱條件下聚氨酯密封膠儲存穩(wěn)定性的評價(jià)圖2

標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度下聚氨酯密封膠儲存穩(wěn)定性的評價(jià)通過原料和工藝優(yōu)化，本文制備了一款超低模量、高回彈、低黏度、不脹縫的耐候型聚氨酯密封膠。2）加入30份左右活性納米碳酸鈣作抗流掛劑時(shí)，該聚氨酯密封膠具備很好的抗流掛性。同時(shí)，活性納米碳酸鈣能明顯降低聚氨酯密封膠的黏度，既能降低生產(chǎn)和施工過程中材料的損耗，又能提高生產(chǎn)及施工效率。3）加入亞胺類除水劑XY-402能明顯改善密封膠的儲存穩(wěn)定性，同時(shí)可以解決聚氨酯密封膠施工過程中的脹縫難題。此外，該除水劑的