一种光学级透明液体硅橡胶组合物
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域,具体涉及一种光学级透明液体硅橡胶组合物。
背景技术
光学透明液体硅橡胶是一种高透明液体硅橡胶,通常采用MQ硅树脂做增强填料。MQ硅树脂的制备已经非常成熟,在美国专利US1987/4707531详细描述了在酸性条件下MQ硅树脂的合成,而在美国专利US1996/5548053中,则是描述了一种低羟基含量的MQ硅树脂的制备,主要是通过碱缩合进一步降低MQ硅树脂的羟基含量。
在美国专利US2005/0006794A1中,描述了一种高透明液体硅橡胶组合物,是以乙烯基硅油、乙烯基MQ硅树脂,氢聚硅氧烷、及铂催化剂组成。类似的专利如美国专利US2006/0264583,US2009/0118441A1,US2011/0288246A1,US1989/4882398,欧洲专利EP0767216A,中国专利CN102924927A均涉及了一种高透明液体硅橡胶组合物。
光学透明液体硅橡胶由于具有很高的透明度,在一些光学透镜中广泛应用,菲涅尔透镜是其中一种。太阳能用菲尼尔透镜起初使用的是亚克力光学塑料(PMMA),随着时间的推移,这种材料的自身缺陷就暴露无遗:抗黄变耐候性差、温度稳定性差、在工作环境中的热膨胀性强;此外,PMMA镜片生产环节多,成本高,且废品率相对高。针对上述问题,玻璃基有机硅复合(SOG)菲涅尔透镜孕育而生。
在中国专利CN102645684A及CN202126513U中详细描述了玻璃基有机硅复合菲尼尔透镜的制造方法,这种玻璃基有机硅复合菲尼尔透镜是由无气泡硅胶菲尼尔透镜层牢固粘合在钢化超白玻璃基材上组合而成。
针对太阳能用菲涅尔透镜的要求,这种硅胶材料需要透明度高(要大于92%);粘度低流动性要好,能够满足菲涅尔镜片尖角要求0.01以内的要求;耐温性要好,这是硅胶的特点;耐UV性能要好;与钢化玻璃粘接要牢固,硅胶不能从玻璃上脱落。性能上要求硬度适中(45A左右),较高力学性能,高回弹性能。在加工上,要求低温(50℃)固化。太阳能菲尼尔透镜用硅胶属于光学透明液体硅橡胶,目前为止,还没有专利进行相关的报道。
在现有技术中所涉及的高透明液体硅橡胶硬度较高(大于50A),往往硬度较低时,力学性能也较低,通常也不考虑回弹性能,但若回弹较低,会严重影响菲尼尔透镜的聚光效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷,提供一种全透明液体硅橡胶组合物。
本发明是这样实现的,一种光学级透明液体硅橡胶组合物,其包括如下质量分数的组分:
端乙烯基聚二甲基硅氧烷100份;
乙烯基MQ硅树脂20~50份;
甲基氢MQ硅树脂1~10份;
含氢硅油0.1~5份;
抑制剂0.001~0.01份;
铂金催化剂0.1~0.6份;
其中,所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷在25℃下的粘度为1000mPa·s~10000mPa·s,所述乙烯基MQ硅树脂为乙烯基质量百分比为1.5%~3.5%的乙烯基MQ硅树脂。
本发明提供一种光学级透明液体硅橡胶组合物,其可通过注射成型,模压成型,浇注成型,涂覆成型等成型工艺固化形成单一制品或者与玻璃等底材一起形成复合材料制品。所述光学级透明液体硅橡胶组合物粘度低、流动性好,通过铂催化固化,具有高透明、高回弹、较高力学性能的特点,可应用于LED封装、太阳能菲尼尔透镜等光学系统领域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种光学级透明液体硅橡胶组合物,其包括如下质量分数的组分:
端乙烯基聚二甲基硅氧烷100份;
乙烯基MQ硅树脂20~50份;
甲基氢MQ硅树脂1~10份;
含氢硅油0.1~5份;
抑制剂0.001~0.01份;
铂金催化剂0.1~0.6份。
其中,所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷在25℃下的粘度为1000mPa·s~10000mPa·s,所述乙烯基MQ硅树脂为乙烯基质量百分比为1.5%~3.5%的乙烯基MQ硅树脂。
具体地,所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷为单一粘度的端乙烯基聚二甲基硅氧烷,更优选地,端乙烯基聚二甲基硅氧烷在25℃下的粘度为2000mPa·s~8000mPa·s,进一步,更优选地,粘度为3000mPa·s~5000mPa·s之间。端乙烯基聚二甲基硅氧烷,利于提高组合物的伸长率。端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度低于规定粘度下限时,组合物脆性较大,不能得到较好的性能;端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度高于规定粘度上限时,组合物的粘度较大,不利于流动性、排泡性及弹性。组合物最终粘度很大程度取决于端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度。
优选地,所述乙烯基MQ硅树脂为乙烯基质量百分比为1.5%~3.5%的乙烯基MQ硅树脂。更优选地,所述乙烯基MQ硅树脂是经过碱缩合的具有低羟基含量的乙烯基MQ硅树脂,其具有如下通式表示的结构:
(ViMe2SiO1/2)a(Me3SiO1/2)b(SiO2)c,式中(a+b)/c=0.7~0.9。
低羟基含量的乙烯基MQ硅树脂可以大大提高组合物的强度,并且能够改善组合物的透明度;乙烯基MQ硅树脂的加入对于组合物粘度的降低有利。
乙烯基质量百分比为1.5%~3.5%的乙烯基MQ硅树脂对组合物起到增强作用,其乙烯基质量百分比低于1.5%,在保证高回弹的情况下,组合物的硬度和强度得不到有效的提高,因为提高硬度必须加入较高比例的乙烯基MQ硅树脂,这样一来,组合物的回弹性能会大大降低;而乙烯基质量百分比高于3.5%时,添加较少比例的乙烯基MQ硅树脂即可达到目标硬度,这样一来,组合物的力学性能较差,且乙烯基质量百分比过高会导致组合物脆性增强。
所述甲基氢MQ硅树脂具有如下通式表示的结构:
(HMe2SiO1/2)a(Me3SiO1/2)b(SiO2)c,
式中,(a+b)/c=1.4~2.0。
所述甲基氢MQ硅树脂中硅氢(Si-H)的质量百分比大于或等于0.7%,其Si-H的质量百分比小于0.7%时,组合物的拉伸强度及撕裂强度达不到较好的效果。
所述含氢硅油为每个分子上至少含有三个Si-H键的有机聚硅氧烷。所述含氢硅油优选为末端不带Si-H键,侧链带Si-H键的线性有机聚硅氧烷,末端带有Si-H键的聚二甲基硅氧烷有扩链的作用,不利用组合物的回弹性能。更优选地,所述含氢硅油的Si-H的质量百分比大于0.7%,Si-H的质量百分比过低,所述光学级透明液体硅橡胶组合物的回弹性也会降低。
所述抑制剂是炔醇类抑制剂。优选地,所述炔醇类抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇、2-甲基-3-丁炔-醇和3,5-二甲基-1-己炔-3-醇和3-甲基-1-十二炔-3-醇中的至少一种。
所述铂金催化剂是氯铂酸/烯烃络合物,氯铂酸/烯烃硅氧烷络合物,以及氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物中的一种。
所述光学级透明液体硅橡胶组合物的低温固化及较短的凝胶时间可通过控制抑制剂及铂金催化剂的用量来实现。抑制剂加入量过多会大大延长固化时间,不利于低温固化;而铂金催化剂加入量过多则组合物易于发黄,影响组合物的透光率及光效。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
实施例1:
光学级透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂20份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂5份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0025份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
实施例2:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂30份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂7份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0028份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.28份。
实施例3:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为2%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂20份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂3.2份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0025份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
实施例4:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为2%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂30份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂4.7份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0027份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.27份。
实施例5:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为2%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂40份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂6.3份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0029份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.29份。
实施例6:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为3.5%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂30份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂8.5份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0028份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.28份。
实施例7:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为3.5%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂20份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂5.55份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0025份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
实施例8:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为1.5%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂40份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂4.8份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0029份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.29份。
实施例9:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为1.5%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂50份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂6份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0031份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.31份。
实施例10:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.12%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:10000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂30份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂7份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.2份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0028份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.28份。
实施例11:
光学透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8未碱缩合的乙烯基MQ硅树脂30份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂7份;
Si-H质量百分比为0.75%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用三甲基甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0028份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.28份。
对比例1:
全透明液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)10份和乙烯基质量百分比为0.05%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:130000mPa·s)60份;
乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂28份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂6份;
Si-H质量百分比为0.55%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用二甲基氢甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油0.8份;
1-乙炔基-1-环己醇0.05份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
对比例2:
液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)10份和乙烯基质量百分比为0.05%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:130000mPa·s)55份;
乙烯基质量百分比为0.5%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂5份和乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂24.5份;
Si-H质量百分比为0.5%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂7份;
Si-H质量百分比为0.55%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用二甲基氢甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油0.8份;
1-乙炔基-1-环己醇0.05份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
对比例3:
液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)100份;
乙烯基质量百分比为0.5%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂5份和乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂25份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂7份;
Si-H质量百分比为0.55%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用二甲基氢甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0025份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
对比例4:
液体硅橡胶组合物,包括如下质量分数的组分:
乙烯基质量百分比为0.16%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:5000mPa·s)90份和乙烯基质量百分比为0.05%的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度:130000mPa·s)10份;
乙烯基质量百分比为3%,M/Q=0.8经过碱缩合的乙烯基MQ硅树脂30份;
Si-H质量百分比为0.7%,M/Q=1.4的甲基氢MQ硅树脂7份;
Si-H质量百分比为0.55%的侧链带有硅氢基团的分子链两端用二甲基氢甲硅烷氧基基团封端的聚二甲基硅氧烷含氢硅油1.5份;
1-乙炔基-1-环己醇0.0025份;
氯铂酸/二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物0.25份。
将实施例1~11和对比例1~4获得的全透明液体橡胶组合物做试片(试片的制备:搅拌均匀后,脱泡,120℃×10min模压成型),性能如表1所示。
表1
表1中对实施例1~11和对比例1~4的性能(粘度、硬度、拉伸强度、撕裂强度、伸长率、透光率、回弹)测试采用如下方法:
粘度
通过旋转粘度计法进行测试,使用ASTM D2196中的规定进行测量。
硬度
在150℃下加热10分钟使组合物固化成6mm厚的试片,使用ASTM D2240中规定的A型硬度计进行测量。
拉伸强度及伸长率
在150℃下加热10分钟使组合物固化成2mm厚的试片,使用ASTMD412-1998A中规定的方法进行测试拉伸强度及伸长率。
撕裂强度
在150℃下加热10分钟使组合物固化成2mm厚的试片,使用ASTM D624中规定的方法进行撕裂强度的测试。
透光率
在150℃下加热10分钟使组合物固化成2mm厚的试片,基于ASTMD1003-61中规定的方法进行透光率测试。
回弹
硅橡胶的回弹性使用ASTM D1054中规定的方法进行测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。