CN104530712B - 一种小孔径硅橡胶海绵及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小孔径硅橡胶海绵及制备方法。涉及高分子材料加工领域。一种小孔径硅橡胶海绵，包括下述重量份的组分：组分A：液体有机硅橡胶100份；组分B：含氢硅油3～8份；组分C：乳化剂0.5～10份；组分D：催化剂2～4份；组分E：抑制剂1～2份；组分F：硅树脂0～35份。本发明采用了乳液分散的方式，分散相尺寸小，这种方法制备的硅橡胶海绵具有泡孔分散更均匀、孔径更小、密度可控的特点；而且采用水作为发泡剂，具有绿色环保的优点。本方法制备的硅橡胶海绵材料可以作为减震、绝缘、隔音、隔热材料。

Description

一种小孔径硅橡胶海绵及制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，具体涉及一种小孔径硅橡胶海绵及其制备方法。

背景技术

硅橡胶海绵材料是硅橡胶经过发泡后制备的多孔性高分子弹性材料，根据泡孔结构的不同可以分为开孔、闭孔、混合孔结构硅橡胶海绵。根据所用橡胶材料类型和制备方法的不同，硅橡胶海绵可以分为室温硫化硅橡胶海绵和高温硫化硅橡胶海绵(章基凯，《有机硅材料》，中国物质出版社，北京，1999)。室温硫化硅橡胶海绵通常以缩合型的羟基封端的硅橡胶为基材，羟基硅油为发泡剂，铂络合物为催化剂，室温硫化发泡得到的海绵弹性体。室温硫化硅橡胶海绵适用于就地发泡成型，起填充、密封、减震作用。高温硫化硅橡胶海绵传统制备方法是，将含有微粒状无机填料的硅橡胶、发泡剂和硫化剂混合制得混炼胶，然后通过加热、硫化发泡，制得硅橡胶海绵。硅橡胶海绵有质轻、耐老化、隔热、绝缘、减震性好的优点，作为衬垫、隔热、封装、绝缘材料在航空、航天、建筑、电气电子、汽车等工业中有广泛应用，如建筑垫圈、各种海绵垫、隔热片、工业用辊，办公机器用辊等。硅橡胶海绵还具有生理惰性，无毒、无臭、无腐蚀、模量低，柔软而有弹性等特点，可用作制药厂、食品厂的液体产品干燥设备所用的密封及各种嵌条。

另外，随着橡胶制品的升级换代，具有优异的耐高温、低温双重性能的硅橡胶将逐步替代其它橡胶制品，在高温环境或高寒地区得到更广泛的应用。控制硅橡胶海绵孔大小、密度、形貌、结构有利于获得理想性能的硅橡胶海绵。小孔径不仅提高了海绵材料的外观质量，而且适宜于制备薄型海绵材料，有利于拓宽硅橡胶海绵在微型器件、精密仪器仪表等领域的应用。

目前硅橡胶发泡的方法有两类。一类是化学发泡的方法，通常是利用化学发泡剂热降解释放出来的气体形成气泡。这种发泡方法适用于制作闭孔结构的泡沫材料，制得硅橡胶海绵材料的大部分泡孔直径在100μm以上。由于在加工过程中，硫化与发泡两个化学过程同时进行，硫化过程和发泡过程的匹配是制备泡孔结构和性能优良的海绵材料的关键。但是，常用的过氧化物硫化剂和发泡剂对温度均非常敏感，温度每升高10℃，硫化速度和发泡剂分解速度均成倍增加。此外，过氧化物硫化剂易受发泡剂分解残留物的影响而降低过氧化物的交联效率，为了调节过氧化物的交联速度，常常需要加入一种或几种硫化促进剂，反复进行配方和工艺研究，以达到交联速度和发泡速度的匹配，因此，这种方法的实施与控制难度较大。另外，多数化学发泡剂分解会产生对环境有害的有毒副产物，使这种方法的应用受到一定的限制。

另一类发泡方法是溶析成孔法，采用惰性粒状成孔剂与硅橡胶混合后，经过溶析等方法去除惰性成孔剂而成孔，得到开孔结构的硅橡胶海绵材料。但是，这种发泡方法效率较低、能耗高，需要消耗大量的惰性成孔剂。另外，大量颗粒成孔剂在橡胶基体中不仅难以分散均匀，而且影响橡胶的加工工艺性能。申请号为201010509638.X，名称为“一种超临界二氧化碳技术制备硅橡胶泡沫材料的方法”的专利，通过超临界二氧化碳技术获得了小孔径的硅橡胶海绵，但是这种制备技术需要特殊的工艺设备，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种小孔径硅橡胶海绵及其制备方法。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：一种小孔径硅橡胶海绵，它包括下述重量份的组分：组分A：液体有机硅橡胶100份；组分B：含氢硅油3～8份；组分C：乳化剂0.5～10份；组分D：催化剂2～4份；组分E：抑制剂1～2份；组分F：硅树脂0～35份。

上述的小孔径硅橡胶海绵的密度是0.44～0.56g/cm³，它的海绵孔的直径<20um。

进一步的技术方案是：所述液体有机硅橡胶是加成型硅橡胶，每个液体有机硅橡胶的分子链中含有2个以上的不饱和C＝C双键，胶料粘度不高于2000CS，优选胶料粘度为500CS。

进一步的技术方案是：含氢硅油的每个分子中含有2个以上的活性C-H基团，含氢硅油的含氢值大于1.2g。

进一步的技术方案是：所述催化剂为有机铂催化剂，有机铂催化剂的含铂浓度不低于1000PPM。

进一步的技术方案是：所述抑制剂为乙烯基环体，乙烯基的含量大于29％。

进一步的技术方案是：所述乳化剂的HLB值≤5，所述乳化剂是选自Gransurf77或Gransurf 90中的任意一种。

进一步的技术方案是：硅树脂的重量份为8～12份，所述硅树脂为乙烯基MQ硅树脂，乙烯基的含量2％～5％。

本发明还提供一种制备上述小孔径硅橡胶海绵的方法，它包括依次进行的以下步骤：

(1)乳胶的制备：将重量份为液体有机硅橡胶100份、含氢硅油3～8份、乳化剂0.5～10份、催化剂2～4份、抑制剂1～2份的混合物混合均匀，在机械搅拌下，向混合物中加入重量份为100～200份的去离子水和0～35份的硅树脂，高速搅拌获得油包水型硅橡胶乳胶。

(2)脱泡：将制备好的油包水型硅橡胶乳胶抽真空除去气泡。

(3)固化：脱泡后的乳胶加热固化，得到含水硅橡胶交联体。

(4)脱水：将含水硅橡胶交联体加热干燥，高温烘干至恒重，即得到硅橡胶海绵。

进一步的技术方案是：在步骤(1)中加入重量份为8～12份的硅树脂，所述硅树脂为乙烯基MQ硅树脂，乙烯基的含量2％～5％。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：通过制备油包水型硅橡胶乳胶体系：将发泡剂水、交联剂含氢硅油及其它助剂均匀分散在液体有机硅橡胶中，在乳化剂作用下，形成以水为分散相，液体有机硅橡胶为连续相的乳液。加热使得油包水型硅橡胶乳交联，再在高温下除去体系中的水分，得到硅橡胶海绵材料。与传统的溶析法、发泡剂热分解发泡法相比，由于采用了乳液分散的方式，分散相尺寸小，这种方法制备的硅橡胶海绵具有泡孔分散更均匀、孔径更小(约10μm)、密度可控的特点；而且采用水作为发泡剂，该方法还具有绿色环保的优点。本方法制备的硅橡胶海绵材料可以作为减震、绝缘、隔音、隔热材料。

附图说明

图1是本发明实施例1中油包水型硅橡胶乳胶的光学显微图

图2是本发明实施例3中油包水型硅橡胶乳胶的光学显微图

图3是本发明实施例1的样品切片的扫描电镜图；

图4是本发明实施例3的样品切片的扫描电镜图；

图5是本发明实施例4的样品切片的扫描电镜图；

图6是本发明实施例5的样品切片的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1

步骤A1，制备液态硅橡胶组合物：在100份液体有机硅橡胶(胶料粘度500CS)此处的液体有机硅橡胶也即是液体有机硅氧烷中，优选的是在100份乙烯基硅氧烷(胶料粘度500CS)中，加入4份含氢硅油(氢值为1.6g)，1份加成反应抑制剂乙烯基环体(乙烯基含量大于29％)，2份有机铂催化剂(铂浓度为1000PPM)，在600r/min下搅拌混合5分钟，获得液态硅橡胶组合物。

步骤A2，制备油包水型硅橡胶乳胶：从上述液态硅橡胶组合物中取50份液态硅橡胶组合物、加入4份Gransurf 77乳化剂(HLB值4.5，Grant Industries Inc)、50份去离子水，在6000r/min速度下混合5分钟，获得油包水型硅橡胶乳胶。

与现有的化学发泡剂热分解释放气体的发泡技术和溶析成孔技术相比，该技术采用制备油包水型硅橡胶乳胶的方法，将发泡剂水均匀分散在液体有机硅橡胶基体中，从而获得了孔尺寸更小，分散均匀性更好的硅橡胶海绵；这种方法制备的硅橡胶海绵具有泡孔分散更均匀、孔径更小、密度可控的特点；采用水作为发泡剂，无有毒有害气体排放，该技术具有绿色环保的优点。

步骤A3，获得硅橡胶海绵：将油包水型硅橡胶乳胶放入真空烘箱中抽真空除去气泡后，流入模具内腔，在50℃下加热固化后，在120℃下热风干燥1小时，升温200℃下烘至样品重量不变，得到硅橡胶海绵材料。所得硅橡胶海绵的性能见表1。整个制备过程不需要特殊的制备工艺设备，可有效降低生产成本。

实施例2

与实施例1不同的是，在步骤A1中制备液态硅橡胶组合物时，含氢硅油的用量是6份，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

实施例3

与实施例1不同的是，步骤A2中制备油包水型硅橡胶乳胶时，取液态硅橡胶组合物40份，加入去离子水60份，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

实施例4

与实施例1不同的是，步骤A2中制备油包水型硅橡胶乳胶时，取液态硅橡胶组合物用量为30份，去离子水用量为60份，并加入硅树脂10份，该硅树脂是乙烯基MQ硅树脂，乙烯基的含量2％～5％，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。相对于实施例3，此处减少的液态硅橡胶组合物用量，采用增加硅树脂代替。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

实施例5

与实施例1不同的是，步骤A2中制备油包水型硅橡胶乳胶时，取液态硅橡胶组合物38份，加入去离子水50份，并加入硅树脂12份，该硅树脂是乙烯基MQ硅树脂，乙烯基的含量2％～5％，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。相对于实施例3，此处减少的液态硅橡胶组合物用量，采用增加硅树脂代替。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

实施例6

与实施例1不同的是，步骤A2中制备油包水型硅橡胶乳胶时，乳化剂的用量是0.5份，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

实施例7

与实施例1不同的是，步骤A2中制备油包水型硅橡胶乳胶时，乳化剂用量是8份，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

对比例1

与实施例1不同的是，在步骤A1中制备液态硅橡胶组合物时，所用乙烯基硅氧烷的胶料粘度为2000CS，其余工艺条件和操作步骤同实施例1。所得硅橡胶海绵的性能见表1。

表1

通过上表可以看出：1)加入一定成分的硅树脂更有利于形成小孔径的硅橡胶海绵；2)由实施例4、5分别与实施例3对比可知，一定重量份的硅橡胶海绵，减少适当的液态硅橡胶组合物用量，增加硅树脂代替，有助于形成孔径更小的、更轻的硅橡胶海绵；3)乙烯基硅氧烷的胶料粘度小于2000CS效果更佳，优选500CS。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种小孔径硅橡胶海绵，其特征在于包括下述重量份的组分：

组分A：液体有机硅橡胶100份；

组分B：含氢硅油3～8份；

组分C：乳化剂0.5～10份；

组分D：催化剂2～4份；

组分E：抑制剂1～2份；

组分F：硅树脂8～12份；

所述硅树脂为乙烯基MQ硅树脂，乙烯基的含量2％～5％，所述小孔径硅橡胶海绵的方法包括以下步骤：

(1)乳胶的制备：将重量份为液体有机硅橡胶100份、含氢硅油3～8份、乳化剂0.5～10份、催化剂2～4份、抑制剂1～2份的混合物混合均匀，在机械搅拌下，向混合物中逐步加入重量份为100～200份的去离子水和8～12份的硅树脂，高速搅拌获得油包水型硅橡胶乳胶；

(2)脱泡：将制备好的油包水型硅橡胶乳胶抽真空除去气泡；

(3)固化：脱泡后的乳胶加热固化，得到含水硅橡胶交联体；

(4)脱水：将含水硅橡胶交联体加热干燥，高温烘干至恒重，即得到小孔径硅橡胶海绵。

2.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵，其特征在于：所述小孔径硅橡胶海绵的密度是0.44～0.56g/cm³，所述小孔径硅橡胶海绵的海绵孔的直径<20um。

3.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵，其特征在于：所述液体有机硅橡胶是加成型硅橡胶，每个液体有机硅橡胶的分子链中含有2个以上的不饱和C＝C双键，胶料粘度不高于2000CS。

4.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵，其特征在于：所述含氢硅油的每个分子中含有2个以上的活性C-H基团，含氢硅油的含氢值大于1.2g。

5.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵，其特征在于：所述催化剂为有机铂催化剂，有机铂催化剂的含铂浓度不低于1000PPM。

6.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵，其特征在于：所述抑制剂为乙烯基环体，乙烯基的含量大于29％。

7.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵，其特征在于：所述乳化剂的HLB值≤5，所述乳化剂是选自Gransurf 77或Gransurf 90中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的小孔径硅橡胶海绵的制备方法，其特征在于包括依次进行的以下步骤：

(1)乳胶的制备：将重量份为液体有机硅橡胶100份、含氢硅油3～8份、乳化剂0.5～10份、催化剂2～4份、抑制剂1～2份的混合物混合均匀，在机械搅拌下，向混合物中逐步加入重量份为100～200份的去离子水和8～12份的硅树脂，高速搅拌获得油包水型硅橡胶乳胶；

(2)脱泡：将制备好的油包水型硅橡胶乳胶抽真空除去气泡；

(3)固化：脱泡后的乳胶加热固化，得到含水硅橡胶交联体；

(4)脱水：将含水硅橡胶交联体加热干燥，高温烘干至恒重，即得到小孔径硅橡胶海绵。