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加氢石油树脂在建筑密封胶中的弹性与耐候性

发表时间:2026-01-16

加氢石油树脂是由石油裂解的C5C9馏分经聚合、加氢饱和制得的低分子量聚合物,兼具高相容性、低极性、优异的耐候性与适度的弹性调节能力,是建筑密封胶(如硅酮密封胶、聚氨酯密封胶、聚硫密封胶)中的关键改性助剂。其在密封胶体系中的作用核心在于优化胶体的弹性恢复性能、提升耐紫外老化与耐高低温性能,同时增强密封胶与基材的粘结力,满足建筑工程对密封胶“长期密封、抗形变、耐老化”的严苛要求。

一、对建筑密封胶弹性的调控机制与效果

建筑密封胶的弹性是指胶体在承受拉伸、压缩等外力形变后,恢复至原始状态的能力,直接决定密封胶的抗位移能力与密封耐久性。加氢石油树脂通过与密封胶基体聚合物的协同作用,从分子层面调控胶体的弹性模量与形变恢复特性。

1. 分子结构与弹性调控的关联

加氢石油树脂的分子链呈饱和脂肪族或脂环族结构,不含共轭双键,且分子量分布窄(通常在1000~3000Da),与硅酮、聚氨酯等密封胶基体的相容性优异。当加氢石油树脂作为增粘改性剂加入密封胶体系时,其分子链可嵌入基体聚合物的分子间隙中,形成“基体-树脂”的互穿网络结构:

对于硅酮密封胶,加氢石油树脂(尤其是C5加氢树脂)可与硅酮聚合物的硅氧烷链产生弱相互作用,降低胶体的交联密度,避免因交联度过高导致的弹性脆化,使密封胶在承受建筑构件的热胀冷缩位移时,既具备足够的拉伸强度,又能快速回弹,减少永久变形率。实验数据表明,添加5%~10% C5加氢石油树脂的硅酮密封胶,其100%定伸模量可降低15%~20%,弹性恢复率提升至90%以上,远高于未添加树脂的密封胶。

对于聚氨酯密封胶,加氢石油树脂可与聚氨酯预聚体的软段(聚醚或聚酯链段)相容,增强软段的柔韧性,同时与硬段(氨基甲酸酯基团)形成氢键作用,平衡胶体的硬度与弹性。改性后的聚氨酯密封胶在-40℃低温环境下的拉伸断裂伸长率提升30%以上,避免低温脆裂,同时高温(80℃)下的压缩永久变形率控制在20%以内,满足建筑密封胶的弹性指标要求。

2. 弹性调控的关键影响因素

加氢石油树脂对密封胶弹性的调控效果,取决于其加氢度、分子量、添加量三个核心参数:

加氢度:加氢度越高,树脂分子链的饱和度越高,与基体聚合物的相容性越好,对弹性的调节越温和。高加氢度(加氢率95%)的石油树脂不会引入不饱和键,避免因分子链交联导致的弹性下降;若加氢度不足,残留的双键易引发氧化交联,使密封胶在储存或使用过程中逐渐变硬、弹性丧失。

分子量:低分子量加氢石油树脂(分子量<1500Da)流动性好,可有效降低密封胶的黏度,提升施工性能,但过量添加会导致胶体弹性模量过低,抗撕裂性能下降;高分子量加氢石油树脂(分子量2000~3000Da)可增强胶体的内聚强度,提升弹性恢复率,但添加量过高会使胶体变硬,柔韧性降低。需根据密封胶的类型(如高模量或低模量密封胶)选择匹配分子量的树脂。

添加量:弹性调控存在至优添加区间,通常为密封胶基体质量的3%~10%。低于3%时,改性效果不明显;超过10%时,树脂分子链过度聚集,破坏基体的交联网络,导致弹性恢复率下降,压缩永久变形率升高。

二、对建筑密封胶耐候性的提升作用与机理

建筑密封胶长期暴露于户外环境,需耐受紫外线照射、高低温循环、雨水侵蚀等多重老化因素,耐候性不足会导致胶体开裂、变色、粘结失效,丧失密封功能。加氢石油树脂通过屏蔽紫外光、抑制氧化降解、增强耐介质侵蚀能力,显著提升密封胶的耐候耐久性。

1. 耐紫外老化性能的提升

紫外线是导致密封胶老化的主要诱因,会引发基体聚合物分子链的断裂与交联,导致胶体变硬、变脆、开裂。加氢石油树脂的饱和分子结构不含共轭双键,不吸收紫外光(紫外吸收波长<250nm,而户外紫外光波长多在290~400nm),可在密封胶体系中形成“紫外惰性”的分散相,减少紫外线对基体聚合物的直接照射;同时,加氢石油树脂与基体的良好相容性,可降低胶体内部的缺陷与孔隙,避免紫外线在孔隙处产生局部聚光效应,进一步减轻紫外老化损伤。

对比实验显示,添加加氢石油树脂的硅酮密封胶经1000 h紫外加速老化后,其拉伸强度保持率>85%,断裂伸长率保持率>80%,且无明显黄变、开裂现象;而未添加树脂的密封胶,拉伸强度保持率仅为60%左右,断裂伸长率下降50%以上,表面出现明显龟裂。

2. 耐高低温循环性能的优化

建筑密封胶需在-50~80℃的宽温度范围内保持性能稳定,加氢石油树脂通过调节胶体的玻璃化转变温度(Tg),提升其耐高低温性能:

低温环境下,加氢石油树脂的低Tg特性(通常为-30~-10℃)可降低密封胶的整体Tg,避免胶体因Tg过高而发生玻璃化转变,保持胶体的柔韧性与弹性,防止低温脆裂;

高温环境下,加氢石油树脂的饱和分子链不易发生热氧化降解,且与基体的互穿网络结构可增强胶体的热稳定性,减少高温下的塑性流动,降低压缩永久变形率。

经高低温循环(-40℃×8h 80℃×8h 为一个循环,共50个循环)测试后,添加加氢石油树脂的聚氨酯密封胶,其弹性恢复率仍>85%,粘结强度无明显下降;而未添加树脂的密封胶,弹性恢复率降至60%以下,与混凝土基材的粘结界面出现剥离。

3. 耐水与耐介质侵蚀性能的增强

加氢石油树脂的非极性饱和结构,使其具有优异的疏水性,添加到密封胶中可降低胶体的吸水率,减少水分对粘结界面的侵蚀;同时,树脂分子链可填充基体聚合物的间隙,提升胶体的致密性,阻止雨水、酸雨等介质渗入胶体内部,避免介质与基体发生化学反应(如聚氨酯的水解、硅酮的醇解),延长密封胶的使用寿命。

在耐水测试中,添加加氢石油树脂的密封胶浸泡于常温水中90天,其质量变化率<1%,拉伸性能保持率>90%;而未添加树脂的密封胶,质量变化率>3%,拉伸性能下降明显,粘结强度损失达30%以上。

三、在建筑密封胶中的应用优化策略

1. 树脂类型的精准选择

不同类型的加氢石油树脂适配不同种类的建筑密封胶:

C5加氢石油树脂:相容性好、Tg低,适合用于低模量硅酮密封胶、聚氨酯密封胶,重点提升弹性与耐低温性能;

C9加氢石油树脂:硬度较高、粘结力强,适合用于高模量聚硫密封胶、改性丙烯酸密封胶,兼顾弹性与抗撕裂性能;

C5/C9共聚加氢石油树脂:兼具C5C9树脂的优势,相容性与粘结性均衡,可用于对综合性能要求高的高性能建筑密封胶。

2. 复配改性技术的应用

将加氢石油树脂与其他助剂复配,可实现协同增效:

与抗氧剂(如受阻酚类抗氧剂)复配,进一步提升密封胶的热氧老化稳定性;

与偶联剂(如硅烷偶联剂)复配,增强树脂与基体、基材的粘结力,提升密封胶的粘结耐久性;

与增塑剂(如邻苯二甲酸酯类)复配,调节胶体的硬度与柔韧性,优化施工性能与弹性。

3. 工艺参数的优化

在密封胶制备过程中,需控制加氢石油树脂的添加工艺:

采用熔融共混法,将加氢石油树脂加热至熔融状态后,缓慢加入基体聚合物中,搅拌速率控制在500~800r/min,搅拌温度根据树脂熔点调整(通常为80~120℃),确保树脂均匀分散;

避免高温长时间搅拌,防止树脂发生热降解,影响其改性效果;

混合完成后,需进行真空脱泡处理,去除胶体内部的气泡,提升致密性与耐候性。

四、应用前景与发展趋势

随着建筑行业对高性能密封材料需求的增长,加氢石油树脂在建筑密封胶中的应用将向功能化、专用化方向发展:一是开发定制化加氢石油树脂,针对不同类型密封胶的性能需求,调控其分子量、加氢度与官能团,实现精准改性;二是发展环保型加氢石油树脂,降低树脂中的挥发性有机物(VOC)含量,契合绿色建筑的发展要求;三是探索加氢石油树脂与生物基聚合物的复配技术,开发高性能、可降解的新型建筑密封胶,推动建筑材料的可持续发展。

本文来源:河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/