CN114539968B - 一种高强度双组份有机硅结构胶及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑幕墙技术领域，尤其涉及一种高强度双组份有机硅结构胶及在建筑幕墙结构性装配中的应用。该双组份有机硅结构胶在高层幕墙建筑的结构性装配中与各类建筑基材的表面能够形成稳定的粘结层，提供稳定的粘接强度，具有很高的拉伸粘结强度和耐受各类气候环境老化的性能。与目前市场上常见建筑幕墙用结构密封胶相比，具备如下有益效果：(1)、本发明所提供的高强度双组份有机硅结构胶的极限拉伸强度大于1.3MPa；(2)、本发明所提供的高强度双组份有机硅结构胶的耐候高低温、紫外辐照、酸雾、盐雾和机械破坏老化后的强度保持率不小于80％；(3)、本发明所提供的高强度双组份有机硅结构胶的弹性恢复率不小于95％。
Description
技术领域
本发明属于建筑幕墙技术领域，尤其涉及一种高强度双组份有机硅结构胶及在建筑幕墙结构性装配中的应用。
背景技术
幕墙建筑，尤其是玻璃幕墙建筑作为一种20世纪新兴的建筑类型，由于多变的结构和外形，以及适用于建造超高层建筑的特性，成为全球城市地标、超高层建筑的首选建筑类型，在新建建筑中占据绝大多数的数量，而且占比仍在提高。
幕墙建筑是有主体框架和单元板块组成，单元板块通过结构胶的结构性装配连接到主体框架上，以此来实现建筑幕墙的设计和功能性应用。单元板块除了支撑梁、外扣板和结构胶的结构性粘结外，其中结构胶的粘结强度和粘结稳定性是建筑幕墙安全的最大保障和依靠。一般的幕墙结构胶会收到紫外线、温度和机械作用力等方面的持续影响。而在沿海地区的夏秋两季，幕墙建筑还容易受到台风以及含盐雨水和空气等方面的影响和考验，工业区附近的幕墙建筑还会受到酸雨酸雾的影响，因此对于可以稳定耐受各类气候环境老化的高强度结构胶是幕墙建筑行业健康发展的需求和必要条件之一。
此外，可以在幕墙车间通过打胶机施工的双组份结构胶可以大大提高施工速度和工程进度，缩短养护周期，加快流转速度。因此，开发高强度双组份有机硅结构胶是重中之重。
发明内容
本发明第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种高强度双组份有机硅结构胶。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种高强度双组份有机硅结构胶，包括A组份和B组份，所述A组份和B组份的质量比为9:1～12:1；
所述A组份由下列原料按照质量份组成：不同粘度的双端羟基聚二甲基硅氧烷40～52份，不同粘度的单端羟基聚二甲基硅氧烷0～15份，活性纳米碳酸钙44～48份和增塑剂硅油0～4份；
所述B组份由下列原料按照质量份组成：至少一种交联剂17～26份，至少一种偶联剂14～25份，炭黑12～16份，增塑剂硅油37～48份和金属锡催化剂0.02～1份。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述A组份中双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为6000～80000mPa·s。
作为本发明的优选技术方案：所述A组份中单端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为10000～50000mPa·s。
作为本发明的优选技术方案：所述A组份或者B组份中增塑剂硅油的端基为甲基、乙基、羟基、乙烯基和苯基中的一种。
作为本发明的优选技术方案：所述A组份或者B组份中增塑剂硅油的粘度为50～1000mPa·s。
作为本发明的优选技术方案：所述B组份中交联剂的结构通式为R1-Si-(OR2)3，其中：
R1为甲基、乙基、丙基、苯基、甲氧基、乙氧基和苯氧基中的一种，
R2为甲基、乙基和苯基中的一种。
作为本发明的优选技术方案：所述B组份中偶联剂的结构通式为R3-Si-(OR4)3，其中：
R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基中的一种，
R4为甲基、乙基和苯基中的一种。
作为本发明的优选技术方案：所述B组份中金属锡催化剂为二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡和二丁基二辛酸锡中的一种。
本发明还有一个目的在于，为了解决幕墙建筑结构性装配用有机硅结构胶拉伸强度不够高和耐受气候环境老化后强度保持率不足等方面的问题，提供根据前文所述的高强度双组份有机硅结构胶在幕墙建筑的结构性装配中的应用。
本发明提供一种高强度双组份有机硅结构胶及在幕墙建筑的结构性装配中的应用，该双组份有机硅结构胶在高层幕墙建筑的结构性装配中与各类建筑基材的表面能够形成稳定的粘结层，提供稳定的粘接强度，具有很高的拉伸粘结强度和耐受各类气候环境老化的性能。与目前市场上常见建筑幕墙用结构密封胶相比，具备如下有益效果：
(1)、本发明所提供的高强度双组份有机硅结构胶的极限拉伸强度大于1.3MPa；
(2)、本发明所提供的高强度双组份有机硅结构胶的耐候高低温、紫外辐照、酸雾、盐雾和机械破坏老化后的强度保持率不小于80％；
(3)、本发明所提供的高强度双组份有机硅结构胶的弹性恢复率不小于95％。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案和技术效果进行详细地描述和说明。所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明的保护和公开的范围。
本发明提供一种高强度双组份有机硅结构胶，包括A组份和B组份，所述A组份和B组份的质量比为9:1～12:1；
所述A组份由下列原料按照质量份组成：不同粘度的双端羟基聚二甲基硅氧烷40～52份，不同粘度的单端羟基聚二甲基硅氧烷0～15份，活性纳米碳酸钙44～48份和增塑剂硅油0～4份；
所述B组份由下列原料按照质量份组成：至少一种交联剂17～26份，至少一种偶联剂14～25份，炭黑12～16份，增塑剂硅油37～48份和金属锡催化剂0.02～1份。
本发明中，双端羟基聚二甲基硅氧烷的结构式如下所示：
其中：n＝700～1800。
本发明中，单端羟基聚二甲基硅氧烷的结构式如下所示：
其中：m＝800～1500。
在本发明中：所述A组份中双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为6000～80000mPa·s。
在本发明中：所述A组份中单端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为10000～50000mPa·s。
在本发明中：所述A组份或者B组份中增塑剂硅油的端基为甲基、乙基、羟基、乙烯基和苯基中的一种。
在本发明中：所述A组份或者B组份中增塑剂硅油的粘度为50～1000mPa·s。
在本发明中：所述B组份中交联剂的结构通式为R1-Si-(OR2)3，其中：
R1为甲基、乙基、丙基、苯基、甲氧基、乙氧基和苯氧基中的一种，
R2为甲基、乙基和苯基中的一种。
在本发明中：所述B组份中偶联剂的结构通式为R3-Si-(OR4)3，其中：
R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基中的一种，
R4为甲基、乙基和苯基中的一种。
在本发明中：所述B组份中金属锡催化剂为二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡和二丁基二辛酸锡中的一种。
为了解决幕墙建筑结构性装配用有机硅结构胶拉伸强度不够高和耐受气候环境老化后强度保持率不足等方面的问题，本发明还提供根据前文所述的高强度双组份有机硅结构胶在幕墙建筑的结构性装配中的应用。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷27份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油2份和活性纳米碳酸钙46份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例2
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷27份、粘度为10000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷3份、活性纳米碳酸钙45份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例3
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷27份、粘度为20000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷3份、活性纳米碳酸钙45份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例4
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷27份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷3份、活性纳米碳酸钙45份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
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在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例5
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷22份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷8份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙44份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例6
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷21份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷22份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷12份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙45份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例7
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷20份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷20份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷15份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙46份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例8
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷15份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷12份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙47份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例9
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷10份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷30份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷12份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油4份和活性纳米碳酸钙44份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例10
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷25份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷15份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷12份、活性纳米碳酸钙48份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
实施例11
高强度双组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份组成：
A组份：粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷30份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷10份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷12份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙48份，在混合搅拌设备中搅拌均匀；
B组份：R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基与R2为甲基和乙基的交联剂组合22份、R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基与R4为甲基和乙基的偶联剂组合14份、炭黑16份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油47份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡或二丁基二辛酸锡中的一种0.02份在混合搅拌设备中真空搅拌均匀；
在室温条件下，A、B组份按照质量比10：1混合后使用。
结果讨论
实施例1-11配制的高强度双组份有机硅结构胶的主要性能测试及测试结果如表1所示。其中：实施例1为参比实施例，为市场上常见的高强度双组份有机硅结构胶的配方之一，性能为市场上中高端双组份有机硅结构胶产品；实施例2-11为本发明所提供的典型实施例。
从表1的结果可以看出，对比实施例1-7，加入单端羟基聚二甲基硅氧烷之后，随着单端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量和粘度的增加，都能明显提高单组份结构胶的极限延伸率和常温拉伸强度，尤其是极限延伸率会一直增加，最高能超过400％；但在加入12份单端羟基聚二甲基硅氧烷之后，常温拉伸强度不再增加，稳定在1.40MPa左右；造成这样结果的原因是，单端羟基聚二甲基硅氧烷的加入能持续有效地提高产品的极限延伸率，但是也会相应地降低产品的交联密度，导致拉伸强度先增加后保持稳定再降低。而且加入单端羟基聚二甲基硅氧烷之后，能提高弹性，从而提高抗撕裂性能，从实施例1低于70％，在加入超过3份5万粘度的单端羟基聚二甲基硅氧烷之后，抗撕裂性能增加至75％以上，并和拉伸强度一样，12份单端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量时，抗撕裂性能最佳，可以达到88％；弹性恢复率也表达出类似的结果。除此之外，过高的单端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量，还会导致产品老化后出现5％界面破坏，因此，可以判定实施例6为实施例1-7中最佳配方，即加入12份5万粘度的单端羟基聚二甲基硅氧烷，综合性能最佳。
表1实施例1-11的性能测试及测试结果
注：a界面破坏面积≤10％；b保持率≥75％；c两侧10％切口的H型试件；d平均值，一般控制为±10％的变化范围；e弹性恢复率≥95％。
CF 100％内聚破坏；AF界面破坏。
对比实施例6、8、9、10和11，可以发现，保持单端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量12份不变，改变双端羟基聚二甲基硅氧烷不同粘度的混合比例，也对结构胶的极限延伸率和拉伸强度有很大影响。其中实施例8和9减少低粘度(2万)双端羟基聚二甲基硅氧烷加入量并增加高粘度(8万)双端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量，极限延伸率的变化依然会继续增加，但是常温拉伸强度反而出现了一定程度的下降，主要原因是交联密度有了明显降低所致；其中老化后的粘结稳定性也会略有降低，当高粘度(8万)双端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量为30份时，浸水老化和水紫老化后的都会出现5％左右界面破坏的情况；抗撕裂性能和弹性恢复率变化不大。实施例10和11是增加低粘度(2万)双端羟基聚二甲基硅氧烷加入量并降低高粘度(8万)双端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量，极限延伸率会相较实施例6出现降低的现象，常温拉升强度略有提高，对老化后的粘结性和抗撕裂性能的影响不大；但是低粘度双端羟基聚二甲基硅氧烷的加入量(30份)过高时，产品的弹性恢复率刚刚达到标准要求的95％，因此综合考虑选择，实施例6和实施例10的综合性能最佳。
申请人申明，本发明通过上述实施例来具体说明本发明的详细方法和应用，但本发明创造并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种高强度双组份有机硅结构胶，其特征在于：所述高强度双组份有机硅结构胶包括A组份和B组份，所述A组份和B组份的质量比为9:1~12:1；
所述A组份由下列原料按照质量份组成：不同粘度的双端羟基聚二甲基硅氧烷40~52份，不同粘度的单端羟基聚二甲基硅氧烷3~15份，活性纳米碳酸钙44~48份和增塑剂硅油0~4份；
所述B组份由下列原料按照质量份组成：至少一种交联剂17~26份，至少一种偶联剂14~25份，炭黑12~16份，增塑剂硅油37~48份和金属锡催化剂0.02~1份；
A组份中，不同粘度的双端羟基聚二甲基硅氧烷为粘度为20000 mPa·s 与粘度为80000 mPa·s双端羟基聚二甲基硅氧烷的组合；
A组份中，单端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为10000～50000 mPa·s。
2.根据权利要求1所述的高强度双组份有机硅结构胶，其特征在于：所述A组份或者B组份中增塑剂硅油的端基为甲基、乙基、羟基、乙烯基和苯基中的一种。
3. 根据权利要求1或2所述的高强度双组份有机硅结构胶，其特征在于：所述A组份或者B组份中增塑剂硅油的粘度为50~1000 mPa·s。
4.根据权利要求1所述的高强度双组份有机硅结构胶，其特征在于：所述B组份中交联剂的结构通式为R1-Si-(OR2)3，其中：
R1为甲基、乙基、丙基、苯基、甲氧基、乙氧基和苯氧基中的一种，
R2为甲基、乙基和苯基中的一种。
5.根据权利要求1所述的高强度双组份有机硅结构胶，其特征在于：所述B组份中偶联剂的结构通式为R3-Si-(OR4)3，其中：
R3为氨丙基、（2,3-环氧丙氧）丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基中的一种，
R4为甲基、乙基和苯基中的一种。
6.根据权利要求1所述的高强度双组份有机硅结构胶，其特征在于：所述B组份中金属锡催化剂为二丁基二月桂酸锡、二甲基二癸酸锡和二丁基二辛酸锡中的一种。
7.根据权利要求1所述的高强度双组份有机硅结构胶在幕墙建筑的结构性装配中的应用。
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