CN103525358B - 一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机硅高分子技术领域，为解决光学透明的缩合型有机硅橡胶硬度等机械力学性能及耐热性能偏低的问题，本发明提供了一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，用羟基硅油、羟基封端梯形聚倍半硅氧烷和稀释剂经搅拌30~120min后，减压抽真空至0.096MPa，同时维持搅拌30~120min，停止减压后加入交联剂和催化剂，继续搅拌30~120min后，抽真空至0.096MPa维持20~60min后灌装，得到的含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶既改善了硅橡胶的机械力学性能，又提高了硅橡胶的耐热性能和耐辐射性能。
Description
技术领域
本发明涉及有机硅高分子技术领域，具体地说涉及一种含梯形聚倍半硅氧烷的缩合型单组份光学透明硅橡胶。
技术背景
透明硅橡胶因其优越的光学透明性，在光学器件、对光学有较高要求的电子电器等领域的应用越来越广泛。光学透明硅橡胶有加成型和缩合型两类。加成型硅橡胶虽然可以有非常优良的光学透明性、良好的机械力学性能和尺寸稳定性，但其致命弱点是与基材粘接性不够好，虽然有时添加增粘剂可改善其粘接性能，但有时难以满足对粘接性要求较高的应用。而缩合型光学透明硅橡胶不仅与基材具有优越的粘接性能，而且缩合型单组份硅橡胶还具有优良的耐热、耐寒、粘接等性能，已在电子电器、建筑等领域获得广泛应用，人们对其研究开发和应用的探索，至今方兴未艾。
普通硅橡胶未经补强时强度较低，其使用范围较窄。用气相法白炭黑进行补强虽然可以有效提高硅橡胶的强度，但由于气相法白炭黑混炼困难、粉尘大、易结构化，随着白炭黑用量的增加，胶料黏度急剧增大，造成加工困难，从而影响施胶工艺；更重要的是，气相法白碳黑与有机硅材料的折光率相差较大，加入气相法白碳黑往往会严重降低硅橡胶的透光率，从而难以获得透明硅橡胶。
梯形聚倍半硅氧烷是一种具有梯形双链结构和有机无机杂化的有机硅高分子，其分子特殊的结构使它在耐热耐氧化性、绝缘性、耐热性、耐辐射性和气体渗透性等方面比一般高分子材料有显著的优势，有望在电子领域、航天和航空材料和光学器件涂层等方面获得广泛应用。王安营等向脱醇型RTV-1硅橡胶中添加适量的梯形甲基聚倍半硅氧烷和导热填料（氧化锌和氧化镁），考察了梯形甲基聚倍半硅氧烷对硅橡胶性能的影响（王安营、李兴建、段继海、李建隆，有机硅材料，2012，26（4）：221－226）。梯形甲基聚倍半硅氧烷的加入，可显著提高硅橡胶的耐热性能。但所得产品基本无透光率，不能作为光学透明材料使用。并且制品硬度不高于33 Shore A，硬度明显偏低。
发明内容
为解决光学透明的缩合型有机硅橡胶硬度等机械力学性能及耐热性能偏低的问题，本发明提供了一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，既改善了硅橡胶的机械力学性能，又提高了硅橡胶的耐热性能和耐辐射性能。
同时本发明还提出了一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶在光学器件、电子电器封装等领域的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶，用羟基硅油、羟基封端梯形聚倍半硅氧烷和稀释剂经搅拌30~120min后，减压抽真空至0.096MPa，同时维持搅拌30~120min，停止减压后加入交联剂和催化剂，继续搅拌30~120min后，抽真空至0.096MPa维持20~60min后灌装，得到含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶。
所述羟基硅油选自二甲基羟基硅油、含甲基苯基硅氧链节的羟基硅油、含二苯基硅氧链节的羟基硅油、含三氟丙基硅氧链节的羟基硅油中的一种，羟基硅油的粘度为500~300000mpa·s。
羟基封端梯形聚倍半硅氧烷的末端基为羟基，侧基选自甲基、乙基、苯基、γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基、γ―氨丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基中的一种或几种，羟基封端梯形聚倍半硅氧烷用量为羟基硅油质量的5％~100％。
所述的稀释剂选自三甲基硅氧链节封端的二甲基硅油，三甲基硅氧链节封端、含甲基苯基硅氧链节的二甲基硅油，三甲基硅氧链节封端、含二苯基硅氧链节的硅油，三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的二甲基硅油，三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的甲基苯基硅油中的一种，稀释剂的粘度为500~5000mpa·s，用量为羟基硅油质量的5％~15％。
所述的交联剂选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四异丙酯、正硅酸四丁酯、正硅酸异丁酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三异丙氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）、甲基三丁酮肟、乙基三丁酮肟中的一种或者几种的混合物，交联剂用量为羟基硅油质量的0.01%~10%。
所述的催化剂选自辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡、钛酸异丙酯、太酸正丁酯、乙酰丙酮钛中的一种或几种的混合物，催化剂用量为羟基硅油质量的0.02%~0.6%。
本发明的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶在光学器件、电子电器封装中的应用。使用时含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶在室温下操作期1~4h，4~12h表干，48~72h完全固化。固化物透光率>95％，硬度15~50 Shore A，拉伸强度0.8~5.2MPa，断裂伸长率100％~350％。具有透明度高、对基材粘接性良好、储存期长等优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶既改善了硅橡胶的机械力学性能，又提高了硅橡胶的耐热性能和耐辐射性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中所用原料均可市购，但实施例不是对本发明保护范围的限制。
实施例1
向5L行星搅拌机釜中加入2Kg粘度20000mpa·s的二甲基羟基硅油，0.2kg三甲基硅氧链节封端、粘度5000mpa·s的二甲基硅油，0.2Kg含羟基的甲基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌30min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌120min，停止减压，快速加入6g正硅酸甲酯，0.6g二丁基二月桂酸锡，随后继续搅拌30min，抽真空至0.096MPa 维持60min后将产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶1。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶1在室温下、空气中可操作时间约2h，6h表干，72h完全固化，固化物透光率99.0%，硬度42 Shore A，拉伸强度2.5 MPa，断裂伸长率350%。
实施例2
向5L行星搅拌机釜中加入2Kg粘度50000 mpa·s的含甲基苯基硅氧链节的羟基硅油，0.2kg粘度1000mpa·s的三甲基封端、含甲基苯基硅氧链节的硅油，0.3Kg含羟基的苯基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌30min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌30min，停止减压，快速加入4g正硅酸乙酯、2g KH550和2g KH560，1g乙酰丙酮钛，随后继续搅拌120min，抽真空至0.096MPa 维持20 min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶2。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶2在室温下、空气中可操作时间约1h，8h表干，48 h完全固化，固化物透光率99.0%，硬度48 Shore A，拉伸强度1.8 MPa，断裂伸长率320%。
实施例3
向5L行星搅拌机釜中加入1.5Kg粘度300000 mpa·s的二甲基羟基硅油和0.5Kg粘度500mpa·s的二甲基羟基硅油，0.1kg三甲基硅氧链节封端、粘度2000mpa·s的二甲基硅油，0.15Kg含羟基的甲基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌60 min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌60 min，停止减压，快速加入3g正硅酸乙酯和3g正硅酸异丙酯，1g辛酸亚锡，随后继续搅拌60 min，抽真空至0.096MPa 维持60min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶3。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶3在室温下、空气中可操作时间约4h，10h表干，72h完全固化，固化物透光率99.0%，硬度34 Shore A，拉伸强度3.8 MPa，断裂伸长率350%。
实施例4
向5L行星搅拌机釜中加入2Kg粘度100000 mpa·s的含三氟丙基硅氧链节的羟基硅油，0.3kg粘度1500 mpa·s的三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的二甲基硅油，0.2Kg含羟基的甲基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌60min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌60min，停止减压，快速加入4g甲基三甲氧基硅烷、3g甲基三丁酮肟、2g KH560，0.4g二丁基二月桂酸锡，随后继续搅拌60min，抽真空至0.096MPa 维持40min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶4。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶4在室温下、空气中可操作时间约4h，6h表干，54 h完全固化，固化物透光率99.0%，硬度35 Shore A，拉伸强度2.8 MPa，断裂伸长率300%。
实施例5
向5L行星搅拌机釜中加入2Kg粘度100000mpa·s的含三氟丙基硅氧链节的羟基硅油，0.3kg粘度1500 mpa·s的三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的二甲基硅油，0.2Kg含羟基的甲基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌40min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌40min，停止减压，快速加入4g甲基三乙氧基硅烷、3g乙基三丁酮肟、40g KH560，0.4g二丁基二月桂酸锡，随后继续搅拌40min，抽真空至0.096MPa 维持40min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶5。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶5在室温下、空气中可操作时间约4h，6h表干，72h完全固化，固化物透光率98.0%，硬度40 Shore A，拉伸强度3.0 MPa，断裂伸长率250%。
实施例6
向5L行星搅拌机釜中加入2Kg粘度100000mpa·s的含二苯基硅氧链节的羟基硅油，0.3kg粘度1500 mpa·s的三甲基硅氧链节封端、含二苯基硅氧链节的硅油，0.3Kg含羟基的苯基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌90min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌90min，停止减压，快速加入4g甲基三甲氧基硅烷和2g苯基三甲氧基硅烷、20 g KH560，0.8g二丁基二月桂酸锡，随后继续搅拌60min，抽真空至0.096MPa 维持30min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶6。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶6在室温下、空气中可操作时间约2h，4h表干，72h完全固化，固化物透光率97.0%，硬度55 Shore A，拉伸强度2.0 MPa，断裂伸长率200%。
实施例7
向5L行星搅拌机釜中加入2Kg粘度100000mpa·s的含三氟丙基硅氧链节的羟基硅油，0.3kg粘度1500 mpa·s的三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的二甲基硅油，0.2Kg含羟基的乙基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌30min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌30min，停止减压，快速加入4g甲基三甲氧基硅烷、3g乙基三丁酮肟、2g KH560，0.4g二丁基二月桂酸锡，随后继续搅拌30min，抽真空至0.096MPa 维持20min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶7。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶7在室温下、空气中可操作时间约4h，6h表干，72h完全固化，固化物透光率99.5%，硬度42 Shore A，拉伸强度3.1 MPa，断裂伸长率280%。
实施例8
向5L干净的行星搅拌机釜中加入1.5Kg粘度300000mpa·s的二甲基羟基硅油和0.5Kg粘度500mpa·s的二甲基羟基硅油，0.1kg三甲基硅氧链节封端、粘度500 mpa·s的二甲基硅油，0.1Kg含羟基的丙基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌60min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌60min，停止减压，快速加入3g正硅酸乙酯和3g正硅酸异丙酯，0.5 g太酸正丁酯，随后继续搅拌60min，抽真空至0.096MPa 维持60min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶8。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶8在室温下、空气中可操作时间约4h，10h表干，72h完全固化，固化物透光率99.0%，硬度18 Shore A，拉伸强度1.2 MPa，断裂伸长率100%。
实施例9
向5L干净的行星搅拌机釜中加入1.5Kg粘度300000mpa·s的二甲基羟基硅油和0.5Kg粘度50000mpa·s的二甲基羟基硅油，0.1kg三甲基硅氧链节封端、粘度500 mpa·s的二甲基硅油，0.15Kg含羟基的γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基梯形聚倍半硅氧烷和0.15kg含羟基的γ―氨丙基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌90min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌90min，停止减压，快速加入30g正硅酸乙酯和30g正硅酸异丙酯，2 g辛酸亚锡，随后继续搅拌90min，抽真空至0.096MPa 维持60min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶9。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶9在室温下、空气中可操作时间约4h，12h表干，72h完全固化，固化物透光率96.0%，硬度48 Shore A，拉伸强度3.5 MPa，断裂伸长率350%。
实施例10
向5L干净的行星搅拌机釜中加入1.5Kg粘度300000mpa·s的二甲基羟基硅油和0.5Kg粘度3000mpa·s的二甲基羟基硅油，0.1kg三甲基硅氧链节封端、粘度500 mpa·s的二甲基硅油，1Kg含羟基的γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基梯形聚倍半硅氧烷和1kg含羟基的γ-甲基丙烯酰氧基丙基梯形聚倍半硅氧烷，经行星搅拌机搅拌30min，然后减压抽真空至0.096MPa搅拌90min，停止减压，快速加入200 g正硅酸异丙酯，12g钛酸异丙酯，随后继续搅拌60min，抽真空至0.096MPa 维持30min后产品灌装，即为含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶10。
含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶10在室温下、空气中可操作时间约4h，10h表干，48h完全固化，固化物透光率98.0%，硬度50 Shore A，拉伸强度3.1 MPa，断裂伸长率300%。
Claims (7)
1.一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，其特征在于，用羟基硅油、羟基封端梯形聚倍半硅氧烷和稀释剂经搅拌30~120min后，减压抽真空至0.096MPa，同时维持搅拌30~120min，停止减压后加入交联剂和催化剂，继续搅拌30~120min后，抽真空至0.096MPa维持20~60min后灌装，得到含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶，
所述的羟基封端梯形聚倍半硅氧烷的末端基为羟基，侧基选自甲基、乙基、苯基、γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基、γ―氨丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基中的一种或几种，羟基封端梯形聚倍半硅氧烷用量为羟基硅油质量的5％~100％。
2.根据权利要求1所述的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述羟基硅油选自二甲基羟基硅油、含甲基苯基硅氧链节的羟基硅油、含二苯基硅氧链节的羟基硅油、含三氟丙基硅氧链节的羟基硅油中的一种，羟基硅油的粘度为500~300000mPa·s。
3.根据权利要求1所述的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述的稀释剂选自三甲基硅氧链节封端的二甲基硅油，三甲基硅氧链节封端、含甲基苯基硅氧链节的二甲基硅油，三甲基硅氧链节封端、含二苯基硅氧链节的硅油，三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的二甲基硅油，三甲基硅氧链节封端、含三氟丙基硅氧链节的甲基苯基硅油中的一种，稀释剂的粘度为500~5000mPa·s，用量为羟基硅油质量的5％~15％。
4.根据权利要求1所述的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述的交联剂选自正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四异丙酯、正硅酸四丁酯、正硅酸异丁酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三异丙氧基硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三丁酮肟、乙基三丁酮肟中的一种或者几种的混合物，交联剂用量为羟基硅油质量的0.01%~10%。
5.根据权利要求1所述的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述的催化剂选自辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡、钛酸异丙酯、钛酸正丁酯、乙酰丙酮钛中的一种或几种的混合物，催化剂用量为羟基硅油质量的0.02%~0.6%。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的制备方法得到的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶在光学器件、电子电器封装中的应用。
7.根据权利要求6所述的一种含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶的应用，其特征在于，使用时，含梯形聚倍半硅氧烷的透明硅橡胶在室温下操作期1~4h，4~12h表干，48~72h完全固化。
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