CN104592764A - 一种安全环保的可塑可逆硅凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，属于材料领域，包括以下组分：含碳碳双键的有机硅聚合物10份，交联剂0.1-0.3份，催化剂0.01-0.03份，填料40-50份，减粘剂0.2-0.4份，颜料0.1-0.3份，防腐剂0.01-0.02份；本发明还公开了这种硅凝胶的制备方法，包括以下步骤：将有机硅聚合物、交联剂和催化剂混合，加热固化后得到硅凝胶；高速剪切1小时得到基胶，加入填料、颜料、减粘剂和防腐剂，捏合出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。本发明产品具有以下特点：不变干，不变硬，可反复塑形；无毒无害，不掉粉，不脱色。

Description

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，特别是涉及一种安全环保的可塑可逆硅凝胶及其制备方法。

背景技术

现有的硅凝胶由于自身结构的特殊性，在工业应用、汽车造型模具设计、沙雕等方面的应用存在很大限制，因为现有的硅凝胶不能反复塑形，例如中国专利CN103740113A，并不打破初始的硅凝胶网络结构，成型之后不具有可塑性，而是一块可定型的柔软粘弹物，无法实现反复可塑成型；且在捏合的过程中由于粘性很大，很容易粘住工件。

现有技术中大多采用的羟基硅油和硼酸缩合交联而得的有机硅网络结构硅凝胶材料，用作塑形模具或者食品模型中。此类工艺需要引入溶剂，存在少量污染和安全问题；而且，该类工艺因反应具有可逆性，遇水受热之后，反应可以向反方向进行。当接触水、酒精等极性物质后，产品的性能会发生变化，出现可塑性变差，粘手，脱色的问题。比如人体接触时，体表的汗液即会影响到产品性能。该类硅凝胶材料还存在时间一长就变硬的缺点，再捏合就会很费力，也不容易再次捏合塑形。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种安全环保的可塑可逆硅凝胶及其制备方法，可以完全解决上述技术问题。

解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明首先提出了一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为两端带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

n是≥2的整数；

或者为两端带丙烯基结构的有机硅聚合物，具有以下结构：

m是≥2的整数；

或者为侧链和端基均带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

m＝200-500，n＝0-10；乙烯基质量分数为0.145-2％；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

进一步地，所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

进一步地，所述的催化剂为铂、铑、钯、钌、铱的配合物。

进一步地，所述的催化剂为铂、铑的配合物。

进一步地，所述的填料为气相白炭黑、石英粉、细沙、空心玻璃微珠、陶瓷微球、大理石颗粒中任一种。

进一步地，所述的填料均需要用硅烷进行疏水改性，可用的硅烷处理剂为二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的任一种。

进一步地，所述的减粘剂为液体石蜡、医用凡士林、植物油酸中任一种。

进一步地，所述的颜料为食用色素。

进一步地，所述的防腐剂为苯甲酸及其盐类或酯类、乌洛托品、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮及其衍生物中的任一种。

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到80-100℃，固化2-3小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在80-85℃下捏合2-3小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合30-60min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

本发明的有益效果是：

本发明产品具有以下特点：

1、不变干，不变硬，可反复塑形；

2、可以通过微波灭菌，性状不会发生变化；

3、无毒无害，不掉粉，不脱色；

4、材料黏性适中，不会粘在皮肤、服饰、家具上，带来不必要的清理麻烦；

5、加成固化所得产品，交联点易控制，产品热稳定性好。

本发明以传统硅凝胶为基础，但打破了初始网络结构，然后加入填料和功能性添加剂得到成品。

本发明采用含氢硅油和催化剂的加成反应固化路线合成硅凝胶，反应如下：

该反应无小分子放出，且不可逆。产品及工艺具有以下优点：

1、生产过程中无溶剂参与，环保安全；

2、同等条件下，加成型反应所得的产物耐候性、热稳定性比缩合型更好。

3、反应不可逆，产物对水分、小分子的醇等影响因素不敏感，不粘手，不脱色，使用稳定性更佳。

本发明产品可以作为模型设计材料，方便捏合、粘接、修饰成型。与传统PU、EVA及其他树脂模型材料相比，具有以下特点：

(1)常温成型，无需加热和强压处理，使用能耗低；

(2)无气味，无污染，与人体接触环保安全；

(3)采用有机硅材料复合而成，脱模效果更好；

(4)产品长时间暴露于空气，不变形，不变质，可多次循环使用。

另外，本发明产品还可以应用在食品模型方面，克服了目前市面上采用的热固化成型的PVC和发泡PU材料作为食品模型材质存在的以下缺点：经一次成型后，不能进行修饰、修改，也不能循环使用，回收成本高和污染环境。

本发明产品材料环保，无气味，色彩逼真，质轻，触感好。更突出的优点是可以反复多次成型，减少了浪费，也最大限度的减少了环境污染。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明硅凝胶网络结构示意图；

图中：1为硅凝胶网络结构，2为粉末填料。

具体实施方式

实施例1：

本发明技术方案的实施过程如下:

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为两端带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

n是≥2的整数；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

其中气相白炭黑和石英粉均需要用二甲基二氯硅烷进行疏水改性。

制备该安全环保的可塑可逆硅凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到80℃，固化2小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在80℃下捏合2小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合30min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

实施例2：

本发明技术方案的实施过程如下：

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为两端带丙烯基结构的有机硅聚合物，具有以下结构：

m是≥2的整数；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

其中细沙和空心玻璃微珠均需要用三甲基氯硅烷进行疏水改性。

一种制备上述安全环保的可塑可逆硅凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到80℃，固化3小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在85℃下捏合3小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合60min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

实施例3：

本发明技术方案的实施过程如下：

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为侧链和端基均带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

m＝200-500，n＝0-10；乙烯基质量分数为0.145-2％；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

其中，陶瓷微球和大理石颗粒均需要用γ―氨丙基三乙氧基硅烷进行疏水改性。

一种制备上述安全环保的可塑可逆硅凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到100℃，固化2.5小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在82℃下捏合2.5小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合45min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

实施例4：

本发明技术方案的实施过程如下：

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为侧链和端基均带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

m＝200-500，n＝0-10；乙烯基质量分数为0.145-2％；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

其中空心玻璃微珠需要用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行疏水改性。

一种制备上述安全环保的可塑可逆硅凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到90℃，固化2小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在85℃下捏合3小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合60min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

实施例5：

本发明技术方案的实施过程如下：

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为侧链和端基均带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

m＝200-500，n＝0-10；乙烯基质量分数为0.145-2％；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

其中，大理石颗粒需要用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行疏水改性。

一种制备上述安全环保的可塑可逆硅凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到80℃，固化2小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在85℃下捏合2小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合30min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

实施例6：

本发明技术方案的实施过程如下：

一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为两端带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

n是≥2的整数；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

其中气相白炭黑需要用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷进行疏水改性。

一种制备上述安全环保的可塑可逆硅凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到100℃，固化3小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在85℃下捏合3小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合60min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，包括以下组分：

其中，所述的含碳碳双键的有机硅聚合物为两端带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

n是≥2的整数；

或者为两端带丙烯基结构的有机硅聚合物，具有以下结构：

m是≥2的整数；

或者为侧链和端基均带乙烯基的有机硅聚合物，具有以下结构：

m＝200-500，n＝0-10；乙烯基质量分数为0.145-2％；

所述的交联剂为含氢硅油，具有以下结构

p、q是≥2的整数；

所述的含氢硅油的含氢质量分数为0.5-1.0％。

2.根据权利要求1所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的催化剂为铂、铑、钯、钌、铱的配合物。

3.根据权利要求1所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的催化剂为铂、铑的配合物。

4.根据权利要求1所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的填料为气相白炭黑、石英粉、细沙、空心玻璃微珠、陶瓷微球、大理石颗粒中任一种。

5.根据权利要求4所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的填料均需要用硅烷进行疏水改性，可用的硅烷处理剂为二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的任一种。

6.根据权利要求1所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的减粘剂为液体石蜡、医用凡士林、植物油酸中任一种。

7.根据权利要求1所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的颜料为食用色素。

8.根据权利要求1所述的一种安全环保的可塑可逆硅凝胶，其特征在于，所述的防腐剂为苯甲酸及其盐类或酯类、乌洛托品、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮及其衍生物中的任一种。

9.一种如权利要求1所述的安全环保的可塑可逆硅凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别将含碳碳双键的有机硅聚合物、交联剂和催化剂加入到行星搅拌机中混合均匀，加热到80-100℃，固化2-3小时，得到硅凝胶；

(2)调整行星搅拌机的搅拌频率为30-40Hz，剪切1小时，以打破上述步骤(1)所得的硅凝胶的网络结构得到基胶；

(3)将上述步骤(2)得到的基胶置于捏合机中，加入填料，在80-85℃下捏合2-3小时，再添加颜料、减粘剂和防腐剂，再捏合30-60min，待自然冷却后出料即得安全环保的可塑可逆硅凝胶。