一種抗老化建筑節能保溫板專用膠粘劑制備與性能研究

摘 要：針對大型建筑節能保溫系統用耐老化膠粘劑的制備方法及其應用性能進行研究。使用恒溫水浴鍋和四口燒瓶作為主要發生裝置，逐步加入預聚物材料，調節水浴溫度及攪拌速率，得到膠粘劑種子溶液，加入活性稀釋單體以及助劑等得到膠粘劑樣品，進行基材粘接與養護處理后，制備膠粘劑樣品進行性能測試。

結果表明，膠粘劑樣品表現出的固含量和固化速率滿足大型建筑節能保溫系統用標準，粘接性及耐老性均具有較高的水平。在大型建筑節能保溫建設工程實踐中具有良好的推廣意義。

關鍵詞：膠粘劑制備；膠粘劑性能；大型建筑節能保溫系統；耐老化膠粘劑；制備方法

中圖分類號：TQ437 + .1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0012-04

Study on preparation and properties of a special adhesivefor anti aging building energy saving insulation board

LI Yifeng 1 ，ZHAO Na 1 ，WANG Jicheng 1 ，XU Hongzhuang 2

（1. Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，Neimenggu China；2. Qiqihar Experimental Middle School，Qiqiher 161000，Heilongjiang China）

Abstract：To study the preparation method and application performance of aging resistant adhesives for energy-sav?ing and insulation systems in large buildings. Using a constant temperature water bath and a four necked flask asthe main generating device，the prepolymer material was gradually added，the water bath temperature and stirringrate were adjusted to obtain the adhesive seed solution，the active dilution monomer and additives were added to ob?tain the adhesive sample，and the adhesive sample was prepared for performance testing after substrate bonding andcuring treatment. The experimental results showed that the solid content and curing rate of the adhesive sample metthe standards for large building energy-saving insulation systems，and the adhesive and aging resistance were bothat a high level. It has good promotion significance in the practice of large-scale building energy-saving and thermalinsulation construction projects.

Key words：adhesive preparation；large building energy-saving and insulation systems；aging resistant adhesive；adhesive performance；preparation method

在大型建筑中，節能保溫系統不僅能夠顯著提高 建筑物的保溫性能，還能夠防止在施工過程中保溫板脫落的問題，從而提高建筑物的施工性能 [1-2] 。對此，很多研究人員提出了膠粘劑的制備方法。如在現有膠粘劑制備方法的基礎上，設計單因素試驗制備膠粘劑 [3] 。針對豆粕膠粘劑的制備方法進行研究，并對其性能進行測試 [4] 。針對在芳綸涂布紙領域中，膠粘劑的制備進行研究測試 [5] 。考慮到上述文獻所提出的膠粘劑制備方法無法滿足大型建筑節能保溫系統對膠粘劑耐老性的現實需求，本研究對大型建筑節能保溫系統用耐老化膠粘劑的制備進行研究，并對其性能進行分析。

1 實驗材料報告

1. 1 實驗材料

準備制備大型建筑節能保溫系統用耐老化膠粘劑所需的原料，C 4 H 7 NO 2 （NMA），化學純，預聚物，d津市化學試劑研究所；C 7 H 12 O 2 （BA），分析純，預聚物，山東昊辰新材料科技有限公司；C 19 H 32 O 3 （OP-10），化學純，預聚物，海安石化工廠；C 4 H 6 O 2 （VAc），化學純，活性稀釋單體，西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；C 15 H 17 O 9 （TMPTA），化學純，活性稀釋劑，上海德音化學有限公司；C 13 H 2 0O 2 （BOA），分析純，活性稀釋劑，上海創賽科技有限公司；C 22 H 21 O 2 P（TPO），化學純，光引發劑，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；C 13 H 10 O（BP），化學純，光引發劑，上海創賽科技有限公司；C 21 H 25 N 4 O 6 PS（SDS），分析純，光引發劑，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；H 8 N 2 O 8 S 2 （APS），分析純，助劑，萊陽市雙雙化工有限公司；γ-C 9 H 23 NO 3 Si （KH-550），化學純，助劑，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；D2000聚醚胺固化劑，工業級，助劑，南通潤豐石油化工有限公司；Pym-DATB催化劑，工業級，助劑，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；Grubbs3代催化劑，工業級，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；Hovey?da-Grubbs 催化劑 M722，工業級，上海創賽科技有限公司。 [6]

除上述實驗試劑外，準備去離子水、pH緩沖劑、乳化劑等常用試劑。

1. 2 實驗儀器及設備

本次實驗所準備的反應器材包括冷凝管若干、500 mL四口圓底燒瓶4個、一次性塑料滴管若干、攪拌槳10支、坩堝10個、玻璃棒及玻璃塞若干。

實驗所用的主要儀器設備：LS900實驗室用粒度儀 Winner2000濕法粒度分析儀，濟南微納顆粒儀器股份；IR200 fourier變換紅外光譜儀，d津港東科技股份有限公司；DC0506W高低溫一體機恒溫槽，上?？婆d儀器有限公司；FW5200C臺式超聲波清洗器，張家港市起盛緣超聲電子有限公司；SH-05-3T電熱套型恒溫磁力攪拌器，常州德科儀器制造有限責任公司；JA1003實驗用電子分析 d平，紹興博緯儀器設備有限公司；MCR702 MultiDrive動態熱DMA分析儀，安東帕（上海）商貿有限公司；DV-1數顯式旋轉粘度計，青島智匯谷信息技術有限公司；DHG-9030A電熱恒溫干燥箱，上海市上海一恒有限公司；SIGMA HD場發射掃描電子鏡，蔡司；DSC-600差示掃描量熱儀，南京匯誠儀器儀表有限公司；Tecnai G 2 20透視電鏡，荷蘭FEI公司；TA7000熱重分析儀，日立儀器（上海）有限公司；BJDW-5KN全自動微機控制電子萬能試驗機，濟南鉑鑒測試技術有限公司。

2 耐老化膠粘劑制備

2. 1 試樣制備

采用離子交換法制備220 mL的去離子水，并將其滴加在四口燒瓶中的冷凝管中。緩慢升溫至50 ℃，通過恒溫水浴的方式將其去離子水溫度控制在48～52 ℃的區間內。在冷凝管中加入制備的乳化劑并啟動勻速攪拌器，后將恒溫水浴鍋的溫度上升至75 ℃ [7-10] 。在升溫的過程中，采用溫度計對四口燒瓶的溫度進行實時監控。

升溫至75 ℃并穩定后，在加料管中加入制備膠粘劑的試劑。實驗選用Y型滴管作為加料管。分別在加料管的2個管口中滴加NMA和BA單體，2種單體均分3次加入，加入的過程中調節水浴溫度至80 ℃。在四口燒瓶中進行恒溫攪拌。攪拌均勻后，在四口燒瓶中插入新的加料管，并緩慢滴加約前2種單體1/3的OP-10單體溶液 [11] 。調整攪拌器速率，緩慢攪拌10 min后滴加APS溶液，逐滴滴加直至四口燒瓶中的溶液呈現出較為明顯的顏色變化，繼續攪拌2 min。

關閉恒溫水浴鍋，使四口燒瓶的溫度緩慢回落至室溫，待溫度穩定后，將四口燒瓶中的溶液靜置30 min，得到膠粘劑制備的種子溶液。在種子溶液中滴加醋酸乙烯酯（VAc）、羥甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）以及異冰片基丙烯酸酯（BOA）的混合單體，對種子溶液進行活性稀釋。全部滴加后，開啟攪拌器至低速，攪拌15 min，后靜置4 h [12-14] 。向燒瓶中滴加γ-一氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550）助劑，對混合單體溶液性質進行引發，加入助劑后，開啟恒溫水浴鍋，升溫至90 ℃，繼續低速攪拌反應35 min，調節水浴鍋溫度，將四口燒瓶內降溫至40 ℃。

在40 ℃的環境中，向四口燒瓶中滴加pH緩沖劑，將溶液的pH值調至7.0～8.0。

2. 2 基材粘接與養護

初步制備后，將四口燒瓶中的溶液轉移至儲存容器中。過濾出料，使用專用玻璃瓶進行封裝處理后進行基材粘接與養護處理。

將混合好的膠液與機玻璃試片進行搭接。在搭接之前，進行表面潔凈處理，用UV膠與基材進行連接。搭接后，將試片合攏，并進行多次摩擦，排出試片之間的空氣。將搭接后的試片置于23 ℃的室溫、55%濕度的室溫環境下進行養護處理，室溫空氣養護處理的時間設置為14 d [15] 。14 d后，將試片置于試驗條件水中進行養護，在試驗水環境中浸泡2 d。完成浸泡養護后，取出放置在實驗平臺上靜置2 h。按照上述步驟制備多份膠粘劑樣品，并進行所制備膠粘劑的性能測試。

3 性能測試分析

3. 1 基本性能測試

稱取膠粘劑樣品，使用稱量瓶將其轉移至干燥箱中，進行4 h、110 ℃的干燥處理。干燥后，對樣品進行重新稱重，并按照式（1）所示對膠粘劑樣品的固含量進行計算

式中： s 表示制備的膠粘劑樣品； S（s） 表示該樣品的固含量； m 0 表示稱量瓶自重； m 1 表示干燥處理前膠粘劑樣品與稱量瓶總重； m 2 表示干燥處理后膠粘劑樣品與稱量瓶總重。

采用光引發對膠粘劑樣品進行固化速率測試。

使用二苯甲酮（BP）以及十二烷基硫酸鈉（SDS）2種光引發劑，使用紫外燈照射膠粘劑樣品，調節紫外燈的發射光波波長，測試樣品的最大吸收波長。

對膠粘劑樣品的固化速率進行計算，如式（2）所示。

式中： E 表示摩爾吸收能量； h 表示普朗克常數； c表示光在真空中的速度； λ 表示照射紫外光波長；v（s） 表示膠粘劑的最優固化時間； t 表示膠粘劑徹底固化的時間。

通過對式（1）、式（2）的計算，可知本研究所制備的膠粘劑固含量、最優固化時間，結果見表1。

由表1可知，本研究所制備的膠粘劑固含量約為 50%，滿足 GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封膠》標準。本研究所制備的膠粘劑的固化速率約為2 s，表面凝結速度較快，滿足建筑用標準。

3. 2 粘接性測試

采用大型建筑節能保溫系統的保溫板作為試驗平臺，將制備的膠粘劑樣品按照ASTM-D1002-01的標準在保溫板上涂抹 0.2 mm 的厚度，涂抹面積為12.5 mm×25 mm。待膠粘劑在保溫板上固化后，在作用力點逐級施加拉力，對其進行拉伸剪切強度測試。

膠粘劑樣品的拉伸剪切強度計算方法如式（3）所示。

式中： τ 表示膠粘劑拉伸剪切強度； P 表示作用力點脫離的最大負荷值； B 表示保溫板搭接面寬度； L 表示保溫板搭接面長度。經過測試與計算，結果如表2所示。

由表2可知，本研究所制備膠粘劑的拉伸剪切強度均在0.6 MPa以上，粘接性能良好，對于大型建筑節能保溫系統的保溫板粘接較為穩固。

3. 3 耐老化測試

將膠粘劑樣品涂抹在保溫板上，使用氙燈在溫度為63 ℃的環境中對其分別進行1、2、3、4 h的照射，輻照度為1.10 W/m 2 。記錄不同照射時間下膠粘劑樣品的老化變化，結果如圖1所示。

由圖1可知，制備的膠粘劑樣品在照射1h氙燈后，表現出的的老化現象并不明顯；照射2 h和3 h的試驗中，表現出了輕微的老化現象；照射4 h的試驗中，表現出的老化現象較為明顯，出現明顯的龜裂現象。

從這一試驗結果可以看出，本研究所制備的膠粘劑抗光氧老化性能較優，滿足大型建筑節能保溫系統應用的現實需求。

4 結語

本研究提出了大型建筑節能保溫系統用耐老化膠粘劑的制備與性能研究。經過性能測試，所制備的膠粘劑表現出的基本性能和粘接性能、耐老化性能均較為優質。在大型建筑節能保溫系統的建設過程中，本研究所制備的大型建筑節能保溫系統用膠粘劑在固含量和固化速率均滿足GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封膠》。在粘接性和耐老性方面也表現出了優異的性能，具備較高的實踐應用價值。

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