CN106854370B - 一种超分子阻燃硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超分子阻燃硅橡胶及其制备方法。所述超分子阻燃硅橡胶是由如下组分经混合、固化得到：甲组分90～95质量份；乙组分5～10质量份；催化剂0.3～0.5质量份；超分子玻璃纤维5～15质量份；所述甲组分为含乙烯基端基的聚硅氧烷，所述乙组分为含氢聚硅氧烷，所述超分子玻璃纤维是一种由双磷酸盐与氯化亚铁基于配位键自组装形成的超分子薄膜对玻璃纤维进行多层包覆得到。本发明将超分子玻璃纤维添加到硅橡胶中，实现了所制备的硅橡胶兼具高阻燃性、力学性能、尺寸稳定性能和热稳定性能，扩大了硅橡胶的使用范围；另外，本发明的制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，易于实现规模化生产。

Description

一种超分子阻燃硅橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅橡胶及其制备方法，具体说，是涉及一种超分子阻燃硅橡胶及其制备方法，属于硅橡胶材料技术领域。

背景技术

硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶。硅橡胶因其优良的耐高低温、电气绝缘、耐臭氧、耐气候老化、憎水、防潮等性能，广泛的应用于航天、航空、电子、电气、建筑、机械、冶金、汽车、仪器仪表、纺织、化工、轻工、食品、医药卫生等部门。随着硅橡胶产业消费量的增长，这种高性能特种橡胶已经转变为大众合成橡胶，成为用量最大的合成橡胶品种之一。然而，硅橡胶本身容易燃烧，这在一定程度上限制了其应用范围，因此硅橡胶的阻燃改性已经成为硅橡胶研究的主要方向之一。

现有阻燃硅橡胶中主要添加的是卤素类阻燃剂和无机阻燃填料，其中：卤素类阻燃剂虽可以达到很好的阻燃效果，但其在燃烧过程中会释放有毒的卤化氢气体，易对人体、环境造成危害；而无机阻燃填料往往需要很高的添加量才能满足阻燃要求，并且过高的添加量往往会影响材料的使用性能。因此，从阻燃效果和性价比看，无卤、低烟、低毒、低腐蚀、价廉的阻燃剂是阻燃硅橡胶的理想选择。

另外，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中含碱的多少，可分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维。玻璃纤维具有绝缘性好，耐热性强，抗腐蚀性好，机械强度高等优点，作通常为填充增强材料应用于各种热塑性树脂和橡胶中，以提高制品的抗拉强度和耐高温性等。例如：申请号为CN201410020239.5的中国专利申请中公开了一种玻璃纤维/环氧树脂杂化改性硅橡胶模具胶及其制备方法，先采用硅烷偶联剂对玻璃纤维粉进行表面改性，制备改性玻璃纤维，然后与环氧树脂共混均匀后加入到硅橡胶中对其进行有机-无机杂化复合改性，可以在一定程度上提高硅橡胶的力学性能和耐溶剂性能等。但玻璃纤维自身的阻燃效果一般，通常不作为阻燃剂使用，目前还没有以玻璃纤维为填料实现同时提高硅橡胶的力学性能和阻燃性能的相关报道，更没有以超分子改性的玻璃纤维为填料实现同时提高硅橡胶的力学性能、阻燃性能、甚至尺寸稳定性能、热稳定性能的相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种超分子阻燃硅橡胶及其制备方法，以克服现有硅橡胶材料的性能缺陷，满足更广泛的应用需求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超分子阻燃硅橡胶，由如下组分经混合、固化得到：

甲组分90～95质量份；

乙组分5～10质量份；

催化剂0.3～0.5质量份；

超分子玻璃纤维5～15质量份；

所述甲组分为含乙烯基端基的聚硅氧烷，所述乙组分为含氢聚硅氧烷，所述超分子玻璃纤维是一种由双磷酸盐与氯化亚铁基于配位键自组装形成的超分子薄膜对玻璃纤维进行多层包覆得到。

作为优选方案，所述超分子玻璃纤维的制备，包括如下步骤：

A)将玻璃纤维放入有机溶剂中，搅拌混合均匀；

B)加入双磷酸盐，于100～120℃下反应1～6小时后，抽真空以除去有机溶剂；

C)降温至70～90℃，加入氯化亚铁，搅拌反应1～3小时后，进行漂洗和干燥；

D)多次重复上述步骤A)至C)，使薄膜厚度达到15～25纳米，即得到所述超分子玻璃纤维。

作为进一步优选方案，玻璃纤维与双磷酸盐和氯化亚铁的质量比为(1～2)：(4～8)：(2～3)。

作为进一步优选方案，1g玻璃纤维加入5～10mL有机溶剂。

作为进一步优选方案，所述有机溶剂选用甲苯。

作为进一步优选方案，所述双磷酸盐为双磷酸铵。

作为一种优选方案，所述催化剂选用可溶性铂化合物，例如：氯铂酸。

一种制备上述超分子阻燃硅橡胶的方法，包括如下步骤：

a)按配方，将超分子玻璃纤维加入到甲组分中，于室温下搅拌均匀，得到混合物；

b)向步骤a)的混合物中加入乙组分和催化剂，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在100～120℃下进行固化反应，即得所述的超分子阻燃硅橡胶。

作为一种优选方案，固化反应时间为30～50分钟。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

本发明采用双磷酸盐与氯化亚铁基于配位键自组装形成的超分子薄膜对玻璃纤维进行多层包覆处理得到的超分子玻璃纤维作为硅橡胶的添加剂，不仅提高了硅橡胶的阻燃性能，同时还解决了玻璃纤维与硅橡胶的相容性问题，提高了玻璃纤维的补强效果，实现了所制备的硅橡胶兼具高阻燃性、力学性能、尺寸稳定性能和热稳定性能，扩大了硅橡胶的使用范围；另外，本发明的制备工艺经济实用，制备过程简单，成本低廉，无需特殊设备和苛刻条件，易于实现规模化生产，具有极强的实用价值。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

本发明采用红外光谱法规测试玻璃纤维改性前后的组成变化；

采用GB/T 1701-2001、《聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料理论与实践》(漆宗能，尚文宇编著，化学工业出版社，2002)热失重测试法和UL-94-2006等，测试超分子阻燃硅橡胶的力学性能、热失重中心温度、阻燃性能及尺寸稳定性能。

实施例1

一、超分子玻璃纤维的制备：

A)将10g玻璃纤维放入100mL甲苯中，在氮气保护下于室温搅拌混合均匀；

B)加入40g双磷酸铵，于100℃下反应6小时后，抽真空以除去甲苯；

C)降温至70℃，加入20g氯化亚铁，搅拌反应3小时后，进行漂洗和干燥；

D)多次重复上述步骤A)至C)，使薄膜厚度达到15纳米，即得到所述超分子玻璃纤维。

关于玻璃纤维及所得到的超分子玻璃纤维的红外光谱特征波数见表1所示。

二、超分子阻燃硅橡胶的制备：

a)向90克含乙烯基端基的聚硅氧烷中加入10克超分子玻璃纤维，于室温下搅拌均匀，得到混合物；

b)向步骤a)的混合物中加入5克含氢聚硅氧烷和0.3克氯铂酸，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在100℃下进行固化反应50分钟，即得所述的超分子阻燃硅橡胶。

关于所制备的超分子阻燃硅橡胶的性能测试数据见表2所示。

对比例1

向90克含乙烯基端基的聚硅氧烷中加入5克含氢聚硅氧烷和0.3克氯铂酸，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在100℃下进行固化反应90分钟，即得到对比的普通硅橡胶。

关于所制备的普通硅橡胶的性能测试数据也见表2所示。

实施例2

一、超分子玻璃纤维的制备：

A)将15g玻璃纤维放入100mL甲苯中，在氮气保护下于室温搅拌混合均匀；

B)加入60g双磷酸铵，于110℃下反应4小时后，抽真空以除去甲苯；

C)降温至80℃，加入25g氯化亚铁，搅拌反应2小时后，进行漂洗和干燥；

D)多次重复上述步骤A)至C)，使薄膜厚度达到20纳米，即得到所述超分子玻璃纤维。

关于玻璃纤维及所得到的超分子玻璃纤维的红外光谱特征波数见表1所示。

二、超分子阻燃硅橡胶的制备：

a)向93克含乙烯基端基的聚硅氧烷中加入15克超分子玻璃纤维，于室温下搅拌均匀，得到混合物；

b)向步骤a)的混合物中加入8克含氢聚硅氧烷和0.4克氯铂酸，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在110℃下进行固化反应40分钟，即得所述的超分子阻燃硅橡胶。

关于所制备的超分子阻燃硅橡胶的性能测试数据见表2所示。

对比例2

向93克含乙烯基端基的聚硅氧烷中加入8克含氢聚硅氧烷和0.4克氯铂酸，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在110℃下进行固化反应75分钟，即得到对比的普通硅橡胶。

关于所制备的普通硅橡胶的性能测试数据也见表2所示。

实施例3

一、超分子玻璃纤维的制备：

A)将20g玻璃纤维放入100mL甲苯中，在氮气保护下于室温搅拌混合均匀；

B)加入80g双磷酸铵，于120℃下反应1小时后，抽真空以除去甲苯；

C)降温至90℃，加入30g氯化亚铁，搅拌反应1小时后，进行漂洗和干燥；

D)多次重复上述步骤A)至C)，使薄膜厚度达到25纳米，即得到所述超分子玻璃纤维。

关于玻璃纤维及超分子玻璃纤维的红外光谱特征波数见表1所示。

二、超分子阻燃硅橡胶的制备：

a)向95克含乙烯基端基的聚硅氧烷中加入20克超分子玻璃纤维，于室温下搅拌均匀，得到混合物；

b)向步骤a)的混合物中加入10克含氢聚硅氧烷和0.5克氯铂酸，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在120℃下进行固化反应30分钟，即得所述的超分子阻燃硅橡胶。

关于所制备的超分子阻燃硅橡胶的性能测试数据见表2所示。

对比例3

向95克含乙烯基端基的聚硅氧烷中加入10克含氢聚硅氧烷和0.5克氯铂酸，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在120℃下进行固化反应60分钟，即得到对比的普通硅橡胶。

关于所制备的普通硅橡胶的性能测试数据也见表2所示。

表1玻璃纤维和超分子玻璃纤维的红外光谱特征波数

	玻璃纤维	超分子玻璃纤维
			波数/cm<sup>-1</sup>	800～1400	800～1400，2800～3000，3300～3500

表2超分子阻燃硅橡胶和普通硅橡胶的性能测试数据

由表2可见：本发明提供的超分子阻燃硅橡胶具有优良的阻燃性能、力学性能、尺寸稳定性能和热稳定性能。

最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选实施例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超分子阻燃硅橡胶，其特征在于，由如下组分经混合、固化得到：

甲组分 90～95质量份；

乙组分 5～10质量份；

催化剂 0.3～0.5质量份；

超分子玻璃纤维 5～15质量份；

所述甲组分为含乙烯基端基的聚硅氧烷，所述乙组分为含氢聚硅氧烷，所述超分子玻璃纤维是一种由双磷酸盐与氯化亚铁基于配位键自组装形成的超分子薄膜对玻璃纤维进行多层包覆得到；所述超分子玻璃纤维的制备包括如下步骤：

A)将玻璃纤维放入有机溶剂中，搅拌混合均匀；

B)加入双磷酸盐，于100～120℃下反应1～6小时后，抽真空以除去有机溶剂；

C)降温至70～90℃，加入氯化亚铁，搅拌反应1～3小时后，进行漂洗和干燥；

D)多次重复上述步骤A)至C)，使薄膜厚度达到15～25纳米，即得到所述超分子玻璃纤维。

2.根据权利要求1所述的超分子阻燃硅橡胶，其特征在于：玻璃纤维与双磷酸盐和氯化亚铁的质量比为(1～2)：(4～8)：(2～3)。

3.根据权利要求1所述的超分子阻燃硅橡胶，其特征在于：1g玻璃纤维加入5～10mL有机溶剂。

4.根据权利要求1所述的超分子阻燃硅橡胶，其特征在于：所述有机溶剂选用甲苯。

5.根据权利要求1所述的超分子阻燃硅橡胶，其特征在于：所述双磷酸盐为双磷酸铵。

6.根据权利要求1所述的超分子阻燃硅橡胶，其特征在于：所述催化剂选用可溶性铂化合物。

7.一种制备权利要求1至6中任一项所述的超分子阻燃硅橡胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)按配方，将超分子玻璃纤维加入到甲组分中，于室温下搅拌均匀，得到混合物；

b)向步骤a)的混合物中加入乙组分和催化剂，于室温下搅拌均匀后，真空抽气以排出其中的气泡，然后在100～120℃下进行固化反应，即得所述的超分子阻燃硅橡胶。