CN114539969A - 一种超高强度单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，尤其是涉及一种超高强度单组份有机硅结构胶及幕墙建筑的结构性装配中的应用。该单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幕墙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)、本发明所提供的超高强度单组份有机硅结构胶的极限拉伸模量大于1.5MPa；(2)、本发明所提供的超高强度单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75％；(3)、本发明所提供的超高强度单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，尤其是涉及一种超高强度单组份有机硅结构胶及幕墙建筑的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。
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，提供一种超高强度单组份有机硅结构胶。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种超高强度单组份有机硅结构胶，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35～42份，
不同粘度的单羟基聚二甲基硅氧烷0～10份，
活性纳米碳酸钙39～48份，
增塑剂硅油0～1.5份，
至少一种交联剂3.7～4份，
至少一种偶联剂1.3～1.8份，以及
金属催化剂0.02～0.5份。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述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：所述金属催化剂为二丁基二月桂酸锡、二甲基二葵酸锡、二丁基二辛酸锡、乙酰丙酮钛络合物和乙酰乙酸乙酯钛络合物中的一种。
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，提供前文所述的超高强度单组份有机硅结构胶在幕墙建筑的结构性装配中的应用。
本发明提供一种超高强度单组份有机硅结构胶及在幕墙建筑结构性装配中的应用，该单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幕墙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)、本发明所提供的超高强度单组份有机硅结构胶的极限拉伸模量大于1.5MPa；
(2)、本发明所提供的超高强度单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75％；
(3)、本发明所提供的超高强度单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。
本发明提供一种超高强度单组份有机硅结构胶，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35～42份，
不同粘度的单羟基聚二甲基硅氧烷0～10份，
活性纳米碳酸钙39～48份，
增塑剂硅油0～1.5份，
至少一种交联剂3.7～4份，
至少一种偶联剂1.3～1.8份，以及
金属催化剂0.02～0.5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：所述增塑剂硅油的粘度为50～1000mPa·s。
在本发明中：所述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：所述金属催化剂为二丁基二月桂酸锡、二甲基二葵酸锡、二丁基二辛酸锡、乙酰丙酮钛络合物和乙酰乙酸乙酯钛络合物中的一种。
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，本发明还提供前文所述的超高强度单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
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷42份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1.5份和活性纳米碳酸钙45.5份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合4份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.5和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例2
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷40份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为10000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷2份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1.5份和活性纳米碳酸钙45份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.3和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例3
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷40份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷2份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1.5份和活性纳米碳酸钙45份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.3和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例4
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷37份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙46.5份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.3和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例5
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷37份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷10份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油0.5份和活性纳米碳酸钙44份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.3和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例6
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷35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5份、活性纳米碳酸钙39份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.8和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例7
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷40份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1.5份和活性纳米碳酸钙48份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.3和乙酰丙酮钛络合物或乙酰乙酸乙酯钛络合物0.5份在混合搅拌设备中脱水搅拌均匀。
实施例8
超高强度单组份有机硅结构胶，由下述原料按照质量份配置组成：
粘度为20000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷37份、粘度为80000mPa·s的端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为50000mPa·s的单端羟基聚二甲基硅氧烷5份、粘度为350mPa·s的二甲基硅油1份和活性纳米碳酸钙47份，R1为甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基、苯氧基与R2为甲基、乙基和苯基的交联剂组合3.7份，R3为氨丙基、(2,3-环氧丙氧)丙基、(2-氨乙基)-3-氨丙基和巯丙基与R4为甲基、乙基和苯基的组合1.3份和二丁基二月桂酸锡、二甲基二葵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脱水搅拌均匀。
结果讨论
实施例1-8配制的单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，为市场上常见的单组分有机硅结构胶的配方之一，性能为市场上中高端单组份有机硅结构胶产品；实施例2-8为本发明所提供的典型实施例。
表1实施例1-8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。
从表1的结果可以看出，对比实施例1-5，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，其中加入量在5份左右时最佳，超过5份之后，极限延伸率虽然能够继续增加，但是常温拉伸强度略有降低。增加单端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度，可以在不影响交联密度的情况下提高结构胶的弹性和极限延伸率，因此，拉伸强度相应也随着提高；而当添加量增加时，开始交联密度的变化不明显，而极限延伸率的增加较为明显，因此，拉伸强度也会显著提高，当添加量到5份之后，交联密度存在明显降低，导致结构胶的强度不升反降。并且高粘度一定份量的单端羟基聚二甲基硅氧烷的加入，可以有效提高产品在老化后的粘结稳定性、强度保持率和弹性恢复率。
对比实施例4、6和7，可以发现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，在保持双端羟基聚二甲基硅氧烷端羟基摩尔数量和单端羟基聚二甲基硅氧烷的添加量不变的情况下，改变了2万粘度和8万粘度的双端羟基聚二甲基硅氧烷的混合比例，发现提高高粘度双端羟基聚二甲基硅氧烷的比例，可以有效提高产品的极限延伸率，但是拉伸强度随着高粘度双端羟基聚二甲基硅氧烷的比例提高先提升，然后超过一定份量后影响极小。同样对老化后强度保持率和弹性恢复率影响较小。
对比实施例4和8，可以发现无论使用钛催化剂还是锡催化剂，所得产品的极限延伸率和拉伸强度变化都不大；对老化后强度保持率和弹性恢复率的影响也很小。
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 (9)
1.一种超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述超高强度单组份有机硅结构胶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35～42份，
不同粘度的单羟基聚二甲基硅氧烷0～10份，
活性纳米碳酸钙39～48份，
增塑剂硅油0～1.5份，
至少一种交联剂3.7～4份，
至少一种偶联剂1.3～1.8份，以及
金属催化剂0.02～0.5份。
2.根据权利要求1所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为6000～80000mPa·s。
3.根据权利要求1所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述单端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度范围为10000～50000mPa·s。
4.根据权利要求1所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述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。
5.根据权利要求1或4所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述增塑剂硅油的粘度为50～1000mPa·s。
6.根据权利要求1所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述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。
7.根据权利要求1所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述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。
8.根据权利要求1所述的超高强度单组份有机硅结构胶，其特征在于：所述金属催化剂为二丁基二月桂酸锡、二甲基二葵酸锡、二丁基二辛酸锡、乙酰丙酮钛络合物和乙酰乙酸乙酯钛络合物中的一种。
9.根据权利要求1所述的超高强度单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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