谢东阳
（北京房修一建筑工程有限公司，北京 100053）
摘要：建筑物在使用过程中长期暴露在各种自然环境中，导致密封胶逐渐老化、失效，从而影响建筑的使用寿命和安全性。为此，制备了外墙嵌缝用环氧改性聚氨酯密封胶，首先对多元醇脱水处理，由多元醇与二元异氰酸酯在一定条件下制得聚氨酯预聚物，将其与双酚 A 型环氧树脂按比例混合，制得外墙嵌缝用环氧改性聚氨酯密封胶。对其进行高温高湿老化、紫外光老化、人工气候老化试验，分析拉伸粘结强度、断裂伸长率、邵氏硬度的变化。结果表明：人工气候老化后拉伸粘结强度降低，断裂伸长率初期有小幅减小后期基本不变，邵氏硬度先降低后提高；经紫外光老化后拉伸粘结强度有所提高，断裂伸长率迅速减小，邵氏硬度持续提高；经高温高湿老化后拉伸粘结强度持续降低且降幅较大，最后接近粘结失效，断裂伸长率初期小幅增大后逐渐趋于平缓，邵氏硬度大幅提高。
关键词：外墙嵌缝；环氧改性聚氨酯密封胶；制备工艺；耐老化性能
引言
建筑外墙作为保证建筑结构和功能完整性的关键要素，其性能优劣至关重要[1]。因此，对外墙嵌缝材料的研究与创新一直是建筑领域的重要课题。在众多外墙嵌缝材料中，聚氨酯密封胶因其独特的性能组合而备受瞩目。但聚氨酯密封胶在 实际应用中仍面临耐老化性能的挑战。长期的自然暴露和环境因素的影响可能会导致密封胶性能下降，进而影响其密封 效果及使用寿命[2]。对聚氨酯密封胶进行改性是提高其耐老化性能的主要方式。常见改性方法是引入耐候性优异的添加剂，可有效抵抗外界环境因素对密封胶的侵害，减少其性能下降的风险；此外，通过改变聚氨酯密封胶的化学结构，如引入交联剂或增强剂等，可提高其交联密度和力学性能。另一种改性方法是将聚氨酯与其他高分子材料结合形成复合材料，综合发挥各种材料的优点，进一步提高密封胶的耐老化性能。环氧改性聚氨酯密封胶结合了环氧树脂和聚氨酯的优势，具有环氧树脂高强度和高硬度的优点，使其在承受外部压力和变形时表现优异[3]；同时，聚氨酯的柔韧性和耐候性赋予了密封胶优异的弹性和耐变形性能，使其在复杂多变的气候条件下依然能够保持稳定的密封效果。因此，开展提高环氧改性聚氨酯密封胶耐老化性能的研究具有重要意义。
基于此，本研究进行了外墙嵌缝用环氧改性聚氨酯密封胶的制备研究，并分析其耐老化性能。
1 试验材料与仪器设备
环氧改性聚氨酯密封胶制备和性能测试所需原材料和仪器设备如表1、表2。
2 环氧改性聚氨酯密封胶的制备
环氧树脂的高交联密度和优异的化学稳定性使得密封胶具有更高的抗化学侵蚀性能和更高的机械强度。同时，聚氨酯的柔韧性和耐候性赋予了密封胶出色的弹性和耐变形性能，使其能够抵御外界环境因素如紫外线、温度变化和雨水侵蚀的影响[4]。外墙嵌缝用环氧改性聚氨酯密封胶制备过程如下：
（1）多元醇脱水处理。多元醇中的羟基具有较强的吸水性，会对聚氨酯的合成过程产生影响：首先，多元醇中含有的水分会与聚氨酯合成中的异氰酸酯反应，导致聚氨酯的分子质量不稳定，影响产品的力学性能和稳定性[5]；其次，水分还可能引发聚氨酯合成过程中的副反应，如水解反应等，导致产品性能降低；此外，多元醇中的水分还可能影响聚氨酯的合成速率和反应程度，使得产品难以达到预期的性能指标。因此，需要进行脱水处理，从而保证聚氨酯合成的稳定性和配比的准确性。脱水处理方法包含加热蒸发法、真空蒸馏法和吸附法等[6]。本研究利用真空蒸馏法进行聚醚多元醇脱水处理，具体过程如下：将适量多元醇缓缓倒入预先干燥过的 1000 mL 三口烧瓶中，避免操作过程中引入外部杂质；逐步升温至 110 ℃，此温度可确保多元醇中的水分能够有效地蒸发，同时避免过高温度导致多元醇热分解或其他不良影响。在加热过程中开启真空泵，保持真空度为 0.1 MPa，这种低真空度的环境有助于加速水分蒸发[7]。抽真空过程持续约 4 h，当烧瓶中的气泡产生逐渐减少，直至几乎消失时，表明多元醇中的大部分水分已被成功去除。先关闭电热套，确保系统冷却至安全温度后，再关闭真空泵。将处理后的多元醇转移至干燥密封容器中，放置在阴凉、干燥的地方备用。经脱水处理后的多元醇可以更加稳定地参与聚氨酯的合成反应，从而得到性能更加优异的产品。
（2）聚氨酯预聚体制备。聚氨酯预聚体通常具有较低的黏度和较高的反应活性，是制备聚氨酯密封胶的起始物。制备过程如下：①用电子天平称取脱水后的聚醚多元醇和聚酯多元醇。②将多元醇混合放入配有搅拌器、温度计和通气管的三口瓶中。③在三口瓶中通氮气保护。④在-0.1 MPa、50 ℃条件下机械搅拌 2 h 并进行真空脱水。⑤油浴锅加热，升温至 80 ℃，此温度是聚氨酯预聚体合成的适宜温度，可使化学反应顺利进行。⑥当温度达到 80 ℃时，加入二环己基甲烷二异氰酸酯和催化剂。⑦80 ℃下反应约 4 h，得到聚氨酯预聚体。⑧反应结束后，将聚氨酯预聚体冷却至40 ℃，防止发生副反应，确保产品的稳定性。⑨出料。⑩真空条件下进行脱气处理，去除预聚体中可能残留的氮气或其他挥发性物质，以免影响预聚体的性能。在干燥、阴凉、通风的环境下密封保存，以避免高温和潮湿对其造成不利影响[8]。采用二正丁胺滴定法测试异氰酸酯基团（—NCO）含量，在聚氨酯预聚体的制备过程中，—NCO 含量是非常重要的参数，直接影响预聚体的性质以及后续聚氨酯产品的性能[9-10]。
（3）环氧改性聚氨酯密封胶的制备。①将聚氨酯预聚物与 双酚 A 型环氧树脂按一定比例加入到反应器中，110 ℃下反 应 1 h。②加入硅烷偶联剂、高岭土等原料并搅拌均匀，得到黑色均质膏状物。③将聚醚多元醇、纳米碳酸钙和二月桂酸二丁基锡按照预定的配比在真空条件下搅拌，以去除混合物中的气泡和挥发性成分，使膏状物更加均匀稳定。同时，真空环境也有助于防止纳米碳酸钙等填料在搅拌过程中团聚，保证其在基体中的均匀分散[11]。经 2 h 搅拌后，得到白色均质膏状物。
（4）按 2∶1 的质量比称取步骤②和步骤③膏状物，同时加入固化剂，并置于双行星搅拌釜中，经过充分搅拌均匀后，即 可制得环氧改性聚氨酯密封胶。
3 环氧改性聚氨酯密封胶的耐老化试验
3.1 耐老化试验方法
（1）高温高湿老化：将密封胶置于恒温恒湿实验箱中（温度 80℃、相对湿度 90%），模拟在高温高湿环境中老化不同时间后密封胶性能的变化。
（2）紫外光老化：将密封胶置于紫外光老化实验箱中，模拟在太阳光中紫外线暴露不同时间后密封胶性能的变化[12]。
（3）人工气候老化。采用人工气候老化实验箱，可模拟自然环境中复杂的气候条件，测试密封胶暴露不同时间后性能 的变化[13]。
3.2 耐老化性能指标
以拉伸粘结强度、断裂伸长率、邵氏硬度为耐老化性能指标，老化时间分别设置为 15、25、35、55、70 d。拉伸粘结强度、断裂伸长率：根据 GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料试验方法第 8 部分：拉伸粘结性的测定》，使用万能试验机进行测试；邵氏硬度：使用邵氏硬度计进行测试。
3.3 耐老化性能测试结果与分析
不同老化环境以及老化时间下密封胶拉伸粘结强度、断裂伸长率、邵氏硬度的变化分别如图 1~图 3 所示。
由图 1 可以看出：人工气候老化环境下拉伸粘结强度随老化时间的延长呈降低的趋势，但降幅较小，人工气候老化未对密封胶的拉伸粘结强度产生较大影响，密封胶在人工气候老化条件下具有一定的稳定性，其分子结构或交联程度没有发生明显的破坏或改变。紫外光老化环境下拉伸粘结强度随老化时间的延长呈提高的趋势，这是因为在紫外线照射下，密 封胶表面发生了光化学反应，使得表面层的强度提高。高温高
湿环境下拉伸粘结强度随老化时间的延长持续降低且降幅较大，表明高温高湿条件对密封胶的性能有明显影响，可能导致其分子链的断裂或水解，从而降低拉伸粘结强度。
由图 2 可以看出：人工气候老化环境下断裂伸长率在初期有小幅减小，35 d 后基本不变；在紫外光老化环境下断裂伸 长率在初期就迅速减小，70 d 时断裂伸长率仅为 20%左右，接近粘结失效，这是因为紫外线导致了密封胶分子链的断裂，从而使其弹性降低，断裂伸长率迅速减小；高温高湿环境下，断裂伸长率在初期小幅增大，一段时间后逐渐趋于平缓，这是因为密封胶吸收更多的水分，导致体积膨胀，这种膨胀可能使得密封胶在受到拉伸时表现出更大的断裂伸长率，但随着老化时间的延长，密封胶内部的交联反应可能逐渐达到饱和状态，不再继续增加材料的弹性，因此伸长率的变化也趋于平缓。
由图 3 可以看出：人工气候老化环境下密封胶前期先经历软化过程，因此邵氏硬度降低，之后邵氏硬度提高，因为随着老化时间的延长，密封胶内部一些较软的成分挥发或流失，从而使得整体硬度略有提高。紫外光老化环境下密封胶随老 化时间延长持续提高，这是因为紫外线辐射通常会导致密封胶表面发生光化学反应，提高了表面的硬度。高温高湿环境对密封胶硬度的影响最大，邵氏硬度随老化时间的延长逐渐提高，这是因为在高温高湿环境下密封胶可能吸收了大量的水分，导致胶体内部发生水解反应。水解反应会破坏密封胶的分子链，使其变得更加硬脆。此外，高温环境会加速水解反应的进行，从而加剧了密封胶的硬化和脆化。
4 结语
（1）对多元醇脱水处理，由多元醇与二元异氰酸酯在一定条件下反应制得聚氨酯预聚物，将其与双酚 A 型环氧树脂按 比例混合，制得外墙嵌缝用环氧改性聚氨酯密封胶。环氧树脂的高交联密度和优异的化学稳定性使得密封胶具有更高的抗化学侵蚀性能和更高的机械强度。同时，聚氨酯的柔韧性和耐候性赋予了密封胶出色的弹性和耐变形能力，使其能够抵御外界环境因素如紫外线、温度变化和雨水侵蚀的影响。
（2）70 d 人工气候老化环境下，拉伸粘结强度随老化时间的延长呈降低的趋势，但降幅较小；断裂伸长率在初期有小幅 减小，35 d 后基本不变；邵氏硬度先降低后提高。
（3）70 d 紫外光老化条件下，拉伸粘结强度随老化时间的延长逐渐提高；断裂伸长率初期就迅速减小，70 d 时断裂伸长率仅为 20%左右；邵氏硬度逐渐提高。
（4）70 d 高温高湿老化环境下，拉伸粘结强度随老化时间的延长逐渐降低且降幅较大；断裂伸长率先小幅增大后趋于 平缓；邵氏硬度大幅提高。
来源： 《新型建筑材料》
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