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聚硫密封膠的組成制備方法及運用分析

來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:*  日期:2014-7-18
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  隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的迅猛發(fā)展,大型水利工程、高層建筑的興建,航天航空工程發(fā)展等都需要特殊性能的彈性密封膠作為接縫的粘結(jié)、密封材料。據(jù)報道,目前我國這種密封膠的產(chǎn)量已達到4~5萬噸左右,并形成了以聚硫、丙烯酸酯、硅酮和聚氨酯為主體的密封膠產(chǎn)業(yè)。

  一、前言

  隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的迅猛發(fā)展,大型水利工程、高層建筑的興建,航天航空工程發(fā)展等都需要特殊性能的彈性密封膠作為接縫的粘結(jié)、密封材料。據(jù)報道,目前我國這種密封膠的產(chǎn)量已達到4~5萬噸左右,并形成了以聚硫、丙烯酸酯硅酮聚氨酯為主體的密封膠產(chǎn)業(yè)。

  聚硫密封膠是以液體聚硫橡膠(HS-(C2H4)-O-CH2-O-C2H4-S-S)n-C2H4-O-CH2-O-C2H4-SH)為主劑,配合增塑劑補強劑(詞條“補強劑”由行業(yè)大百科提供)硫化劑等制成的高檔的密封材料。由于液體聚硫橡膠高分子主鏈上含有“S”原子,形成-C-S、-S-S-鏈而且是飽和的,因而制成的聚硫密封膠具有優(yōu)異的耐油、耐溶劑、耐老化(詞條“老化”由行業(yè)大百科提供)、耐酸堿的特性,且耐熱耐水、透氣率低、彈性好、對金屬和非金屬都有較高的粘結(jié)力(詞條“粘結(jié)力”由行業(yè)大百科提供)。主要用于中空玻璃的密封、高層建筑屋頂板(詞條“頂板”由行業(yè)大百科提供)縫的密封防水以及地鐵、隧道、污水處理廠、機場跑道、大型水利工程伸縮縫的密封防水等。因此,有著廣闊的應(yīng)用前景。

  聚硫橡膠是在1929年由美國聚硫橡膠(Thiokol)公司開發(fā)成功的,呈固體狀態(tài)。直到1943年改進了合成工藝,制成了帶有硫醇端基的液體聚硫橡膠,才有了較快的發(fā)展。由于這種聚合物與各種過氧物、氧化物反應(yīng)可在室溫下固化形成彈性體,因而擴大了它的使用范圍。

  國外20世紀(jì)60年代聚硫密封膠在汽車、造船、石油化工和建筑工程的密封防水等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。在我國聚硫橡膠的研究工作起步較晚,直到1958年錦西化工研究院成立后才算步入正軌。20世紀(jì)70年代末80年代初隨著高層建筑的發(fā)展,伴隨著門窗的興起才促進了聚硫密封膠在建筑密封防水工程上的應(yīng)用。

  目前世界液體聚硫橡膠的產(chǎn)量,美國2萬噸/年,德國8000噸/年,日本5000噸/年,俄羅斯3500噸/年,西歐約2000噸/年。我國僅錦西化工研究院500噸/年規(guī)模的裝置,不能滿足市場的需求,目前我國大部分從日本東麗公司進口,年進口量1500…1800噸;我國聚硫密封膠的產(chǎn)量已達8000噸以上。

  二、聚硫密封膠的組成及制備方法

  聚硫密封膠以液體聚硫橡膠為主劑,配以適量增塑(詞條“增塑”由行業(yè)大百科提供)劑、增粘劑(詞條“增粘劑”由行業(yè)大百科提供)填料(詞條“填料”由行業(yè)大百科提供)、補強劑、偶聯(lián)劑固化劑促進劑等混合研細而成。

  1、生產(chǎn)設(shè)備:三輥研磨機是制備聚硫密封膠常用的主要設(shè)備,所生產(chǎn)的膠質(zhì)量細膩,均勻無顆粒狀物。

  2、配方組成

  常用的聚硫密封膠一般是雙組份的,即A組份為(基膠或基膏)、B組份(固化劑),分別包裝,用時再混合,產(chǎn)品易于保存,質(zhì)量好,固化速度可以調(diào)控。

  (1)液體聚硫橡膠:是制造聚硫密封膠的主要原料,由于其分子量的大小不同,交聯(lián)劑(詞條“交聯(lián)劑”由行業(yè)大百科提供)的含量不同,有多種牌號供選擇,各國的型號也不統(tǒng)一,但可以找出類似的產(chǎn)品(詳見表1、表2、表3)。美國、日本以LP表示,德國以G表示,中國以兒Y表示。

  (2)增塑劑:可增加產(chǎn)品塑性和柔軟性,改善低溫性能,降低產(chǎn)品的粘度,可加入較多的填料及補強劑,提高產(chǎn)品的物理力學(xué)性能,并降低成本。但增塑劑過量,會降低密封膠的粘結(jié)強度,切要牢記增塑劑與液體聚硫橡膠的相容性是非常重要的。如果相容性不好會影響產(chǎn)品質(zhì)量。

  常用的增塑劑:鄰苯二甲酸二丁酯類、氯化聯(lián)苯、氯化石蠟、鄰苯二甲酸丁芐酯、烷基苯類化合物等,這些增塑劑可以單獨使用,也可以混合使作,如果采用二種以上的增塑劑混用,有時效果可更好些。

  (3)填料及補強劑:使用填料的主要目的是增強聚硫密封膠的物理力學(xué)性能,調(diào)整粘度,控制觸變性,降低成本,補強填料可以提高密封膠的抗張強度伸長率。填料粒子直徑的大小及其性質(zhì)對密封膠的性能也起著重要的作用。

  補強填料有爐法炭黑(詞條“炭黑”由行業(yè)大百科提供)、熱裂解炭黑、金紅石型鈦白粉、二氧化硅、輕質(zhì)碳酸鈣、氧化鋅等。炭黑類多放在B組份上,這樣可制成色差明顯的雙組份密封膠。非補強性填料有重質(zhì)碳酸鈣、煅燒陶土、云母粉、水泥等。

  氣相法或沉淀白炭黑、硬酯酸等可改善密封膠觸變性。

  (4)增粘劑(或稱粘結(jié)增強劑)

  聚硫密封膠本身對各種材料都有一定的粘附力,但不是太好。為了提高彈性密封膠的粘著性,需加入增粘劑。常用的有酚醛樹酯、雙酚A型環(huán)氧樹脂、硅烷類,因為這些化合物都能在聚合物的硫醇官能團和待密封的基質(zhì)間產(chǎn)生化學(xué)鍵。長期處于露天的環(huán)境下,這些化學(xué)鍵要比純機械粘合有效的多。

  (5)硫化促進劑

  為了縮短硫化時間,可加入一些含硫有機氨化合物、乙烯多胺類化合物、二苯胍、四甲基秋蘭姆硫化物、二硫化苯并噻唑等。

  (6)硫化延遲劑

  為了適應(yīng)施工工藝的要求,延長操作時間,滿足不同用戶的需要,常需要控制一定的固化速度,固化過快也會影響粘結(jié)強度。眾所周知,聚硫密封膠固化時對PH值是很敏感的,在PH值呈酸性時固化慢,呈中、堿性時固化速度加快,常用的有硬脂酸、油酸、硬脂酸鉛、硬脂酸鋅、苯酸酐等。硬脂酸鈉呈堿性,可以促進固化,可作為活化(詞條“活化”由行業(yè)大百科提供)劑。

  (7)偶聯(lián)劑:

  因為聚硫密封膠是配方化學(xué),產(chǎn)品是一種有機無機物質(zhì)的混合物,為了提高界面的粘結(jié),常用少量有機硅烷偶聯(lián)劑,這類化合物同時含用碳官能基和可水解烷氧基團的硅烷。

  烷氧基團水解后生成-SiOH,可與玻璃、SiO,、金屬及其氧化物的表面產(chǎn)生化學(xué)的、物理的結(jié)合;而碳官能基團則可與有機樹脂、橡膠等有機材料生成化學(xué)鍵。因此,可以提高無機物和有機物的界面粘合從而提高產(chǎn)品的物理力學(xué)性能,用量很少(千分之幾或百分之幾)而作用顯著。目前,常用的有:KH550、KH560、KH570、南大-42等。

  KH550:(美國聯(lián)碳公司稱A-1100)學(xué)名:氨丙基三乙氧基硅烷,由于它的-NH,基可以和環(huán)氧基等各種有機基團結(jié)合,和水又能互溶,使用方便,所以用途較大。

  KH560:(美國聯(lián)碳公司稱A-187:)學(xué)名:環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷,該偶聯(lián)劑含有環(huán)氧基團,可以和多種高分子結(jié)合,有時其增強效果優(yōu)于NH,基偶聯(lián)劑。

  K}t570:(美國聯(lián)碳公司稱A-174)學(xué)名:甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷,適用于無機物填充的復(fù)合高分子材料,可提高機械、透光等性能,特別是能提高其濕態(tài)的性能。

  (8)固化劑:

  許多有機、無機化合物都可用作聚硫膠的固化劑。如:無機氧化物:氧化鋅、鈣、鈷、鋇、鐵等;

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