1、硅烷改性聚醚密封剂的应用前景的研究摘要本文从户外钢结构遭受腐蚀需要新型绿色安全的防护材料的背景入手，简单介绍了硅烷改性聚醚密封剂的研制和结构特点，通过与其他同类产品的比较，突出硅烷改性聚醚密封剂的性能优势，从而体现其广阔的市场前景。本文重点介绍了硅烷改性聚醚密封剂的应用前景。 关键词硅烷改性聚醚 MS 密封剂应用前景 钢材具有强度高、自重轻、刚度大、材料匀质性和各向同性好的特点，因此适用于建造大跨度和超高超重型建筑物、高速铁路、气罐、油罐和变压器等。其缺点之一是耐腐蚀性较差。据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的 1020%，造成的直接和间接损失数以千亿计。当前全国各地建造了许
2、多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大型桥梁等，如我国的人民大会堂钢屋架、体育馆钢网架、北京鸟巢等。这些钢结构大多暴露在户外，长期经受日晒雨淋，有些钢结构处在十分恶劣的自然条件环境下，如海上石油平台、钢结构桥梁等处在高温、潮湿、高盐分、风吹日晒、昼夜温差大等恶劣环境下，导致其腐蚀现象严重。为了保证钢结构的长期安全有效，必须对钢结构进行长效腐蚀防护。上世纪 30 年代以来，金属喷涂技术的应用大大提高了钢结构的防护寿命。然而随着时代的进步，人们对价值低廉、综合性能优越、绿色环保的密封剂的追求在不断加大。 1 硅烷改性聚醚密封剂的研制 人们致力于开发一种综合性能优良，同时价格低廉且对环境无污染的的新
3、型密封剂。对聚醚进行硅烷改性是一个重要的发展方向。 1.1 硅烷改性聚醚密封剂的配制 1 硅烷改性聚醚（MS Sealant）密封胶基胶的合成是通过将聚醚端接可水解性的硅烷，按一般制备密封胶的工艺，加入各种填料、增塑剂、除湿剂、偶联剂、催化剂、触变剂和催化剂等，经混合分散制备成硅烷改性聚醚密封胶。 表 1-1 密封剂的主要成分及其作用 为提高密封胶的耐候性和稳定性，还需要在体系中添加一些抗氧剂、稳定剂及其他助剂。 1.2 硅烷改性聚醚密封剂的结构及特点 1.2.1 结构 硅烷改性聚醚结构的主链为大分子聚醚，端基是含有可水解基团的硅烷基。具体是由长链段原料与短链段原料聚合而成是一种嵌段聚合物。它
4、的合成原理是：第一步：以烯丙基聚醚醇、端羟基聚醚等为原料，以二卤甲烷（H2CX2）为扩链剂，以苛性碱作为催化剂，通过扩链反应制得烯丙基封端的聚醚中间体。第二步：在铂系催化剂存在下，通过端硅烷基化反应将精制的中间体与甲基二甲氧基硅烷反应制得硅烷改性聚醚。1.2.2 特点 硅烷改性聚醚密封剂在结构上继承了端硅烷基结构和主链聚醚键结构（或聚氨酯结构）的特点，性能上综合了硅酮密封剂及聚氨酯密封剂的优点。 硅烷改性聚醚密封剂的特殊结构使其具有力学性、粘接性、耐候性、非污染性、环保性、涂饰性等特性 2。 2 硅烷改性聚醚密封剂的性能优势 硅烷改性聚醚密封剂具有抗撕裂、耐磨抗穿刺、对基材无污染、耐酸碱、耐有
5、机溶剂、可涂漆、对石材及混凝土无腐蚀等特性，可以有效的减少钢材腐蚀、延长钢材寿命、节约钢材、保证钢结构的长期安全有效。 表 2-1 各种密封胶的性能比较 备注：1)疲劳性：对活动接缝的追随性；2)耐候性：密封剂表面对太阳光线曝晒的耐性；3)耐热性：对热经历的耐性；4)周边污染：对接缝周围的污染；5)表面?垢：密封剂表面的灰尘沾附；6)涂抹性：对密封剂表面涂抹涂料时的紧贴性、对涂料?染性。 表 2-1 为硅烷改性聚醚密封剂与其替代品的性能比较，在过去几年内市场上各种类型密封剂已经逐渐被硅烷改性聚醚密封剂所取代，国内国际市场份额直线上升。 3 应用前景 3.1 硅烷改性聚醚密封剂在钢箱梁焊缝中的应
6、用 钢箱梁属于桥梁的主要承重构件，安装施工后难以更换，而钢材在自然界中的腐蚀更是不能避免，在江河海洋等恶劣的腐蚀环境下，钢箱梁在施工过程中更要注意进行防护。钢箱梁的防腐主要采用热喷铝（锌）法、涂料涂层保护及两者的联合防腐。钢箱梁在加工和拼装过程中由于钢板之间的焊缝整形面积较大，车间涂刷的防腐底漆容易被损伤，钢箱梁的加工部位在外界的腐蚀介质作用下非常容易生锈引起腐蚀，从而威胁桥梁的使用安全与桥梁的整体外观。将疲劳性、耐热性好、弹性性能优异、涂抹性好、耐候性好的 MS 密封剂填补于钢箱梁的焊缝, 不仅不影响桥梁钢结构应力的释放, 还能有效保护钢结构, 防止腐蚀。同时,MS 密封剂上还可以直接作为外
7、层涂料, 美化钢结构桥梁的整体外观。目前, 广州珠江黄埔大桥钢箱梁焊缝已经使用了 MS 密封剂 3。 3.2 硅烷改性聚醚密封剂在悬索桥主缆上的应用 悬索桥主缆是桥梁最重要的受力构件之一，并且是不可更换的构件由预制平行钢丝索股组成，被称为悬索桥的“生命线” 。由于悬索桥长期暴露在腐蚀空气中，经受空气中杂质、烟尘、表面沉积物、风雨、阳光紫外线等不利环境的侵蚀，使主缆外层的非金属防护材料发生破坏，引起外层材料的实效，从而使空气中的水分和腐蚀介质进入悬索桥主缆的内部，导致主缆钢丝产生锈蚀影响桥梁使用安全。因此必须对主缆进行特殊防护。国内悬索桥主缆主缆防腐蚀防护基本上采用“防腐腻子+缠绕钢丝+外防护涂
8、层”的方法，不同之处在于腻子材料不同和外层涂料系统组成的差异。 防护腻子容易出现开裂和氧化等现象，嵌缝材料直接暴露于大气中易产生老化开裂现象从而导致主缆钢丝腐蚀，而硅烷改性聚醚密封剂相比与传统密封剂的防护效果更佳，防护时间更长。索夹等结构缝隙采用硅烷改性聚醚密封剂做防水密封 4。硅烷改性聚醚密封剂具有一定的弹性, 能够承受住车辆运行引起的主缆振动、钢丝热胀冷缩引起的主缆形变。所以硅烷改性聚醚密封层对整个主缆防护系统具有举足轻重的作用。 3.3 硅烷改性聚醚密封剂在栏杆防护系统中的应用 钢结构桥梁多处于临江临海的城市，饱受城市大气、工业污染大气及海洋大气的强烈腐蚀。 钢结构栏杆的有效防护直接关系
9、着栏杆的稳固、使用者的安全及桥梁整体环境的美观。当前，栏杆防护技术相对比较成熟，目前工序一般为除锈、电弧喷涂、涂漆，但是目前对于栏杆附属结构的防护并未得到重视，在桥梁栏杆的伸缩缝处使用 MS 密封剂来堵塞，一方面可以防水，另一方面 MS 密封剂具有相当好的弹性及粘结力，不会随桥梁钢结构的热胀冷缩而开裂脱落，另外 MS 密封剂的抗老化性能优良, 可以保证长久的防腐效果。使用 MS 密封剂密封栏杆的底座与混凝土连接处，可以防止雨水及腐蚀介质进入栏杆底座，腐蚀底座的钢结构。在螺栓及螺帽连接处使用少量的低粘度 MS 密封剂密封，再刷涂面漆，既美观又能防止雨水及腐蚀介质进入螺栓连接处，腐蚀螺栓。 3.4
10、 硅烷改性聚醚密封剂在管道中的应用 国内煤气管道一般采用钢管和铸铁管。煤气的组成非常复杂，由于煤气杂质较多，除了正常的一氧化碳，二氧化碳，氢气，甲烷，氮气，氧气外，还包含氨，硫化氢，苯，焦油，萘杂质等。根据腐蚀原理，煤气中的这些气体等物质会导致煤气管内发生的酸性化学腐蚀和电化学腐蚀，这些腐蚀会使管道造成开裂和局部腐蚀，特别是在管道的接缝处，这些腐蚀开裂会导致管道的破坏从而造成能源的损失。硅烷改性聚醚密封剂，具有出色的抗磨损、抗氧化和耐腐蚀性性能特点和优异高温抗氧化、硬化或软化性能，具有高化学惰性并且它的优良的润滑性和承载能力，极低的摩擦系数与蒸发损失， 对金属材料良好防腐蚀保护，与绝大多数塑胶
11、和弹胶体相容。 3.5 硅烷改性聚醚密封剂在汽车制造中的应用 5 现在汽车制造都朝着节能方向发展，汽车制造轻量化要求很多地方都采用高分子材料和合金材料。密封胶和胶粘剂在汽车制造中应用非常广泛。适合用于气动阀门、气缸活塞的阀体与密封件的动态润滑及密封；适用于变速器排档、减震器密封圈、转向系统，气动设备和气动刹车的橡胶密封件和金属部件之间的长寿命润滑。 3.6 硅烷改性聚醚密封剂在建筑领域的应用 5 聚醚密封剂与石材、水泥砂浆板的粘结效果非常较好，适用于石材间和水泥砂浆板块间的缝隙密封。石材对密封胶的污染性十分敏感，中国出台的石材用建筑密封胶 （JC/T883-2001）对污染性实验做了较为严格的
12、规定，因此，绿色环保且固化不起泡的硅烷改性聚醚密封剂在建筑领域比传统的聚氨酯密封胶和硅酮密封胶更具竞争力。 它们在以下领域都有良好的应用前景：（1）复层玻璃用密封胶及隔热窗框用密封胶和防潮垫层板用密封胶等；（2）建筑幕墙、厕所附属设备等处交接头的密封；（3）住宅门窗框四周与砖墙或混凝土之间缝隙的密封；（4）空调及通风通气系统中所有接头的密封；（5）给排水系统中各种材质管道插接口处的粘接密封；（6）地下隧道中混凝土嵌板对接头的密封；（7）屋顶缝隙的密封防漏，地板缝隙的嵌缝，地砖的铺设；（8）供气系统中管道接头及泄漏处的密封；（9）大楼主结构混凝土嵌板间的水平及垂直接头的密封及缝隙的填充。 3.7
13、 硅烷改性聚醚密封剂在其他领域的应用 硅烷改性聚醚密封剂还广泛应用于饮水设施、垃圾处理设备等；能源设施：水工设备、水罐、输变电设备、石油精制设备、石油贮存设备、核电、煤矿；大型工业设施：造纸设备、医药设备、食品化工设备、金属容器内外壁、化工、钢铁、石化厂的管道、贮槽、矿山冶炼、水泥厂设备、有腐蚀介质的地面、墙壁水泥构件；公路交通：高速公路护栏、桥梁、船艇、集装箱、火车及铁道设施、汽车、机场设施；海洋工程设施：海上设施、海岸及海湾构造物、海上石油平台等地方。 4 市场分析 4.1 同类产品市场竞争分析 近年来 6，由于我国实行了更严格的环境卫生法规，传统的聚氨酯密封剂由于含有游离的异氰酸酯，而且
14、固化时容易形成气泡，使得其在很多应用领域受到限制，而硅酮密封剂由于撕裂强度低，复涂性差，容易污染建材，使得其应用饱受用户的非议。硅烷改性聚醚密封剂兼具了聚氨酯密封剂和硅酮密封剂的优点，抵消了各自性能的不足，具有优良的力学强度、复涂性、耐污性，且产品中没有异氰酸酯及溶剂，是国内外新型弹性密封剂的主要方向。 图 4-1 是日本建筑市场弹性密封剂的使用量，图中的 MS 为硅烷改性聚醚密封剂，SR 为硅酮密封剂，PS 为聚硫密封剂，PU 为聚氨酯密封剂7。 图 4-1 日本建筑市场弹性密封剂的使用量 4.2 市场容量预测 国外硅烷改性聚醚密封剂技术已经相对成熟，在欧美及日本，硅烷改性聚醚密封剂的市场份
15、额已经达到 30%以上，近年来上升趋势明显；而我国的硅烷改性聚醚及其密封剂的研发与应用均处于起始阶段，在预聚体的合成、密封剂的制备及工程应用技术研究等方面均比较薄弱，由于预聚体的合成技术被国外垄断，所以硅烷改性聚醚的采购价格高，国内尚难以大规模工业化生产和应用 7。 随着市场对于硅烷改性聚醚密封剂认识的深入和应用领域的扩展，预计从 2008 年计，产品市场准备需 3-5 年酝酿期，酝酿期后 MS 市场的增长速度将高于全国密封剂市场的增长速度，所以保守估计 2013 年，硅烷改性聚醚密封剂产品将以 20%以上的需求速度增长，高于国内密封剂，胶黏剂总市场需求量 10%的速度。 据统计 2012 年
16、硅烷改性聚醚密封剂市场年需求量为 2,500 吨，从2013 年开始国内市场规模每年增长率约为 20%，如图 4-2 所示。预计到2016 年，国内硅烷改性聚醚密封剂市场规模可达 5180 吨，以 8 万元/吨计，则市场总额达到 4.1 亿元。 图 4-2 硅烷改性聚醚密封剂市场需求量预测图 5 结论 1、随着我国经济的快速发展，环保意识的不断加强，航空航天、汽车、太阳能、大型桥梁、电梯等行业对高性能绿色环保密封剂的需求量也越来越大。参照日本、欧美市场上硅烷改性聚醚密封剂的迅猛发展趋势，我国高性能特种密封材料的发展前景十分广阔，而深入研究硅烷改性聚醚密封剂技术并实现工业化生产的需求更加迫切。
17、2、高性能硅烷改性聚醚材料，由聚合物、增塑剂、填料、触变剂、除湿剂、偶联剂、催化剂以及其他添加剂等组成。 3、硅烷改性聚醚密封剂具有抗撕裂、耐磨抗穿刺、对基材无污染、耐酸碱、耐有机溶剂、可涂漆、对石材及混凝土无腐蚀等特性，可以有效的减少钢材腐蚀、延长钢材寿命、节约钢材、保证钢结构的长期安全有效。 4、硅烷改性聚醚密封剂在日本密封剂市场中长有约 45%的市场份额，在欧美占有 30%左右的市场份额，而在我国硅烷改性聚醚密封剂的市场份额仅有 1%，可见我国的市场前景广阔。 5、硅烷改性聚醚密封剂可具体应用于桥梁、汽车、建筑装饰、工程机械等领域。 参考文献： 1张同标,倪雅,田明明,周文革,张安永,王
18、晶. 硅烷改性聚合物密封剂的研究进展J.化工时刊,2010 年 12 月,第 24 卷第 12 期，51-55 页 2叶青营.端硅烷聚醚密封剂J.聚氨酯工业,1999 年第 14 卷第 2期,1-4 页 3倪雅,卫丽娟,孟凡浩,王晶,晁兵.MS 密封剂在钢结构桥梁防护中的应用. 4叶觉明,李荣庆.现代悬索桥主缆防护现状与展望J. 桥梁建设，2009（6） 5张同标,倪雅,田明明,周文革,张安永,王晶. 硅烷改性聚醚密封剂的制备及应用J.新型建材与施工技术,2012 年，24-26 页 6张同标,倪雅,李建军,方二宝,田明明,王晶. 硅烷改性聚醚密封剂的制备及应用J.中国建材科技,2011 年 7日本经济产业省报告2006 8于剑昆.国外硅改性聚醚密封剂的技术进展J.化学推进剂与高分子材料, 2004 年第 2 卷第 4 期,7-10 页
