CN108541259A - 可热固化的弹性体组合物 - Google Patents

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Abstract

本文公开了改性的硅石填料材料，其中所述硅石填料材料已同时用烷基硅烷和烯基硅烷进行表面处理。当包括在弹性体组合物中时，所述改性的硅石填料材料导致更低的压缩永久变形和改进的机械性质(包括粘度、抗拉强度、模量和伸长率)。所述填料材料可以在弹性体组合物中以高水平使用，并且不会将粘度升高至不可用的水平。包含所述改性的填料材料的弹性体组合物在形成用于燃料电池的垫片中特别有用。

Description

可热固化的弹性体组合物
相关申请
无
关于联邦政府资助研究的声明
无
技术领域
本公开总体上涉及可热固化的弹性体组合物，更特别地涉及含有硅烷改性的硅石填料材料以向弹性体组合物提供优异的物理和机械性能的弹性体组合物。
背景技术
弹性体组合物是显示出粘弹性质的那些组合物，虽然一些可以是热塑性的，但它们通常是热固性组合物。术语橡胶经常被用于表示来源于从橡胶树收割的天然橡胶的具有弹性特性的组合物，而弹性体已被用于合成橡胶型组合物。在本说明书和权利要求中，术语弹性体和橡胶可互换使用。弹性体组合物经常含有至少一种弹性体或橡胶聚合物、填料材料和交联组分。弹性体组合物经常用作密封材料、垫片材料、粘合剂，和用于制造模制柔性部件。
弹性体组合物显示出粘弹性，表示它们兼具粘性和弹性，以及非常弱的分子间力，与其他材料相比，通常具有低的杨氏模量和高的破坏应变。弹性体聚合物是存在于其玻璃化转变温度以上的无定形聚合物，因此可以进行相当大的链段运动。在环境温度下，弹性体因此相对较软且可变形。在固化过程，弹性体的长聚合物链进行交联，所述固化可包括硫化。弹性来源于长聚合物链自身重构以分配施加的应力的能力。聚合物链之间的共价交联确保弹性体在应力消除时将恢复到其原始构型。由于这种极端的柔韧性，弹性体可以从其初始尺寸反复伸长至少200％，而不会永久变形，这具体取决于具体材料。如果没有交联或具有短的不易被重构的链，施加的应力会导致永久变形。如所讨论的，弹性体组合物在可密封组合物和组件如垫片材料中特别有用。它们用于各种垫片，包括在燃料电池、发动机部件密封、防水密封和其他密封应用中。
由硅、氧、碳和氢的骨架组成的硅酮基橡胶具有良好的弹性性能，如压缩永久变形和机械性质；然而，它们倾向于具有非常高的水和气体渗透性，这在本公开中是不期望的。聚异丁烯(聚烯烃)是合成形式的橡胶，其具有期望的优点：除了良好的机械性质外，其还是不透水和不透气的。对于根据本公开的弹性体组合物来说，除了良好的机械性质以外，不透气和不透水是非常期望的。
如本文所讨论的，用于密封应用的弹性体组合物所需的性质是：低压缩永久变形、高抗拉强度、高模量值、高伸长率、较低粘度和对水和气体的低渗透性。现有弹性体存在的问题包括高压缩永久变形、低抗拉强度、低模量、低伸长率、高粘度和高的水和气体渗透性。改进弹性体性质的现有尝试包括添加含烯基的单体如三乙烯基环己烷以改进弹性体性质；然而，所得到的弹性体通常不具有145psi以上的抗拉强度且伸长率小于150％。其它现有尝试包括添加用疏水性硅化合物如六甲基二硅氮烷(HMDZ)处理的硅石填料材料。HMDZ是氨的衍生物，其中氮上两个氢原子被三甲基甲硅烷基代替。这些改性的硅石填料与氢化硅烷化可交联试剂一起使用，氢化硅烷化可交联试剂例如：1,2聚丁二烯；1,6己二醇二丙烯酸酯；三甲基丙烷三丙烯酸酯；和三烯丙基异氰脲酸酯。与改性的硅石结合的这些交联剂能够在一定程度上改进弹性体的性质；然而，即使具有这些改性，大多数配制物的压缩永久变形仍然高于20％。材料的压缩永久变形是在施加的力去除后保持的永久变形。该术语通常应用于软材料如弹性体，其是弹性体的密封能力的量度。压缩永久变形越低，变形越小，因此密封性质越好。另外，制备的弹性体组合物通常不能容纳足够的填料以改进机械性能而不会将配制物粘度升高太高至无法使用。
期望提供导致低压缩永久变形、高抗拉强度、高模量、高伸长率、较低粘度和低的水和气体渗透性的弹性体组合物。
发明内容
一般而言，本公开提供一种可热固化的弹性体组合物，其包含显著改进弹性体组合物的性质的特定改性的硅石填料材料。改进的性质包括低压缩永久变形、高抗拉强度、高模量、高伸长率、较低粘度、高水阻隔性和高不透气性。由所述弹性体组合物制备的弹性体产品可用作密封物或垫片材料，例如在燃料电池中。
在一种实施方式中，本公开是一种可热固化的弹性体组合物，其包含：a)包含硅石的改性的硅石填料，所述硅石已通过用至少一种具有C1至C30烷基的烷基硅烷和至少一种具有C2至C30烯基的烯基硅烷处理改性以形成改性的硅石填料；b)具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物；c)具有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂；d)氢化硅烷化催化剂；和e)任选存在的以下中的一种或多种：稳定剂、抗氧剂、增塑剂、另外的填料材料、处理改进剂或氢化硅烷化催化剂抑制剂。
在另一种实施方式中，本公开是热固化的弹性体，其包含：a)包含硅石的改性的硅石填料，所述硅石已通过用至少一种具有C1至C30烷基的烷基硅烷和至少一种具有C2至C30烯基的烯基硅烷处理改性以形成改性的硅石填料；b)具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物；c)具有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂；d)氢化硅烷化催化剂；和e)任选存在的以下中的一种或多种：稳定剂、抗氧剂、增塑剂、另外的填料材料、处理改进剂或氢化硅烷化催化剂抑制剂。
在另一种实施方式中，本公开是改性的硅石填料材料，其包含已通过用至少一种具有C1至C30烷基的烷基硅烷和至少一种具有C2至C30烯基的烯基硅烷处理改性的硅石填料材料，其中所述烷基硅烷与所述烯基硅烷的重量比为(1至10):1。
根据优选实施方式的详细说明，本公开的这些和其他特征和优点对于本领域技术人员将变得更加明显。以下描述伴随详细说明的附图。
附图说明
无
优选实施方式的详细说明
本公开涉及改性的硅石填料材料及其在用作密封材料或垫片(特别是用于燃料电池)的可热固化的弹性体组合物中的用途。所述组合物包含：(A)用两种或更多种硅烷处理的硅石填料材料，其中所述两种或更多种硅烷至少包括特定的彼此重量比的烷基硅烷和烯基硅烷；(B)具有聚烯烃骨架和含有官能性烯基的弹性体烃聚合物；(C)具有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂；和(D)氢化硅烷化催化剂。所述组合物可以是单组分体系或二组分体系。在单组分体系中，配方的所有组分都在一个配方中。在二组分体系中，所述第一组分包含具有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂，和所述第二组分包含氢化硅烷化催化剂。两部分分开储存，只在将使用混合的组合物前混合。
除非另外说明，否则下述定义适用于本说明书和权利要求。术语具有聚烯烃骨架和含有官能性烯基的烃聚合物是指下述。具有聚烯烃骨架的烃聚合物是具有由烯烃单体聚合形成的骨架的烃聚合物。烯烃单体为烯烃，表示它们在其结构中具有至少一个碳碳双键。这些烯烃单体中的一些包括，例如但不限于：乙烯、丙烯、丁烯的所有异构体、戊烯的所有异构体、甲基戊烯、异戊二烯和它们的任意混合物。适合的烯烃单体包括具有至少1个C＝C双键的C2至C30的那些。根据本公开的聚合物含有官能性烯基表示，所述聚合物具有可在氢化硅烷化反应中起作用的烯基。术语烯基表示具有至少一个碳碳双键的基团。优选所述聚合物具有末端烯基。这些末端烯基可以呈现几种形式，包括内型、外型或烯丙基型。内型具有下述结构(-CH＝C(CH3)2)，而外型具有下述结构(-CH2-C(CH3)＝CH2)。烯丙基形式具有结构(-CH2-CH＝CH2)。如本文描述的具有聚烯烃骨架且含有官能性烯基的这种烃聚合物存在许多商业来源。缩写为"PIB"的聚异丁烯是指异丁烯单元的均聚物，并且是根据本公开的具有聚烯烃骨架的烃聚合物的一个实例。如本领域技术人员所理解的，丁基橡胶是异丁烯和异戊二烯单体的共聚物，通常这些共聚物包括90mol％至99.2mol％异丁烯和10mol％至0.8mol％异戊二烯。丁基橡胶是根据本公开的具有聚烯烃骨架的烃聚合物的另一个实例。烷基表示通过去除单个H基团而衍生自烷烃的取代基，表示其是完全饱和的烃基。最简单的烷基是(-CH3)。烯基表示衍生自烯烃的取代基，表示其是具有至少一个不饱和的碳碳双键的烃。最简单的烯基是(-CH＝CH2)。烯基也可以具有位于所述结构内部的碳碳双键(-CH＝CH-)。术语硅石填料表示基于二氧化硅的填料，表示填料按重量计的主要组分是SiO2。优选的硅石填料由本领域技术人员已知的气相法硅石形成。术语硅烷是指含有具有连接有4个取代基的硅原子的结构，Si(R)4，其中所述硅原子是完全饱和的。最简单的硅烷是其中R基团全部是氢，Si(H)4。术语烷基硅烷表示其中四个R取代基中的至少一个是烷基的硅烷。术语烯基硅烷表示其中四个R取代基中的至少一个是烯基的硅烷。硅氢化物交联剂表示具有至少两个可参与氢化硅烷化反应以使弹性体组合物中的聚合物链交联的SiH官能团的结构。在氢化硅烷化反应中，SiH基团跨不饱和键加成以形成与Si基团的共价键。当在烯烃上进行氢化硅烷化时，所得物是烷基硅烷，而与炔烃的反应生成乙烯基硅烷。氢化硅烷化催化剂表示催化氢化硅烷化反应的催化剂。氢化硅烷化反应用于使根据本公开的弹性体组合物中的含有烯基官能团的聚合物链与硅氢化物交联剂交联。使用下列标准缩写：m表示米，g表示克，L表示升，mg表示毫克，ml表示毫升，mmol表示毫摩尔。除非另有说明，否则术语重量％表示基于所确定组合物总重量的重量百分比。
本公开提供一种弹性体组合物，其特别用作密封材料，并特别是用于形成弹性垫片，如用于电子、动力传动系统和许多其他汽车应用中的那些。这些弹性垫片尤其可用于燃料电池密封应用。燃料电池需要许多薄的垫片以允许形成高效利用所需的大的密封电池堆。如本文描述的，燃料电池垫片期望的性质是：低压缩永久变形；低粘度；高的抗拉强度值、模量值和伸长率值；和低的气体和水渗透性。
根据本公开的可热固化的弹性体组合物优选包含下述组分：(A)已通过用至少两种硅烷处理改性的硅石填料，所述硅烷的一种是烷基硅烷和所述硅烷的另一种是烯基硅烷；(B)包含具有聚烯烃骨架且含有官能性烯基的烃聚合物的聚合物组分；(C)含有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂；和(D)氢化硅烷化催化剂。另外的任选存在的组分可包括：抗氧剂和稳定剂、增塑剂、用于改进处理性的烯基官能单体、用于防止室温固化的氢化硅烷化催化剂抑制剂、和其他填料材料如氧化铝和/或炭黑。
适合的基础硅石填料，表示根据本公开的将被改性的硅石填料，可包括各种二氧化硅(SiO2)产品的任一种，如气相法硅石产品，优选具有足以提供至少35m2/g的比表面积(BET)的粒径。所述气相法硅石优选没有用除了根据本公开的方法之外的任何方法进行预处理或改性。气相法硅石可从各种各样的来源购买，包括以品牌从Evonik购买，如OX-50(其是具有35-65m2/g的比表面积(BET)的气相法硅石)或200(其是具有175-225m2/g的比表面积(BET)的气相法硅石)。
用于制造根据本公开的改性硅石填料的适合的硅烷包括至少一种烷基硅烷和至少一种烯基硅烷。烷基硅烷表示包括至少一个连接至Si原子的烷基的硅烷。适合用于本公开的烷基硅烷的实例包括：烷基大小为C1至C30的那些。优选的烷基硅烷的实例包括己基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三甲氧基硅烷。烯基官能化硅烷表示包括烯基作为其R取代基中的至少一个的硅烷。适合的具有单个烯基的烯基官能化硅烷的实例包括烯丙基三甲氧基硅烷、丁烯基三乙氧基硅烷、7-辛烯基三甲氧基硅烷、10-十一碳烯基三甲氧基硅烷和二十二碳烯基三乙氧基硅烷。
硅石填料可以用根据本公开的硅烷改性剂预处理，或者硅石填料可以在形成弹性体组合物的过程中用烷基硅烷和烯基硅烷原位处理。改性的硅石填料与烯烃骨架聚合物更相容，并且可以共价键合到烯烃聚合物上。向弹性体组合物中添加改性的硅石填料通过降低压缩永久变形对其进行改进。添加改性的硅石填料通过提高抗拉强度、模量和伸长率来改进机械性能。向弹性体组合物中添加改性的硅石填料不会将粘度提高至高水平。优选使用1至10的烷基硅烷和1的烯基硅烷的重量比、更优选2至5的烷基硅烷与1的烯基硅烷的重量比进行所述改性。用于改性硅石填料的硅烷的总量优选为基于改性的硅石填料的总重量在1重量％至15重量％范围内，更优选为基于改性的硅石填料的总重量在2重量％至10重量％范围内。基于弹性体组合物的总重量，改性的硅石填料优选以10重量％至40重量％、更优选15重量％至30重量％的水平用于所述弹性体组合物。改性的硅石填料可以以比先前填料高得多的水平使用，而不会将弹性体组合物粘度增大到其变得不可用的水平。所述改性的硅石填料降低弹性体组合物的压缩永久变形，同时提高抗拉强度、模量和伸长率值。
根据本公开的包含具有聚烯烃骨架且含有官能性烯基的烃聚合物的聚合物组分表示，所述聚合物骨架是通过如本文描述的烯烃单体的聚合形成的。适合的单体包括，例如但不限于：乙烯、丙烯、丁烯的所有异构体、戊烯的所有异构体、甲基戊烯、异戊二烯和它们的任意混合物。适合的烯烃单体包括在单体中具有至少1个C＝C双键的C2至C30的烯烃单体。所述聚合物另外包括官能性烯基表示，所述聚合物具有可在氢化硅烷化反应中起作用的烯基。术语烯基表示具有至少一个碳碳双键的基团。优选所述聚合物具有末端烯基。这些末端烯基可以呈现几种形式，包括内型、外型或烯丙基型。内型具有下述结构(-CH＝C(CH3)2)，而外型具有下述结构(-CH2-C(CH3)＝CH2)。烯丙基形式具有结构(-CH2-CH＝CH2)。如本文描述的具有聚烯烃骨架且含有官能性烯基的这种烃聚合物存在许多商业来源。根据本公开的具有聚烯烃骨架且含有官能性烯基的烃聚合物优选具有2,000至50,000，更优选5,000至20,000的数均分子量。适合的实例包括可从Osaka Japan的Kaneka获得的二烯丙基封端的聚异丁烯，例如但不限于：具有约5,000的分子量的EP200A；具有约10,000的分子量的EP400A；和具有约20,000的分子量的EP600A。根据本公开的适合的聚合物的其他实例包括具有内型和外型末端烯基的聚异丁烯，如来自BASF的PIBs，其在1个或两个末端包括末端碳碳双键官能团。基于弹性体组合物的总重量，根据本公开的聚合物优选以30重量％至70重量％、更优选40重量％至60重量％的范围使用。
所述弹性体组合物进一步包含硅氢化物交联剂，其具有至少两个可参与氢化硅烷化反应以使弹性体组合物中的聚合物链交联的SiH官能团。此类硅氢化物交联剂是本领域技术人员熟知的，一个适合的实例是聚(二甲基硅氧烷-共-甲基氢硅烷)。硅氢化物交联剂优选已经用长链烯烃改性，以使其与具有烯烃骨架的聚合物更相容。一个实例是CR300，聚烷基氢硅氧烷。改性剂的适合实例是长链烯烃，如1-十二碳烯、1-十四碳烯，和烯烃如Linealene二聚物A-20(C20H40)。硅烷交联剂分子结构没有限制，可以是直链的、支化的、环状的、梳形的、星形的、树枝状的和/或改性的。可使用具有不同分子结构的硅烷交联剂的组合。一种有利的硅烷交联剂示出在结构1中，其中所述结构具有至少两个硅氢化物官能团：
其中R1、R2、R3、R'1、R'2、R'3、R4、R5和R6各自独立地选自氢；甲基；苯基；含有1至20个碳原子的取代的烃；含有1至20个碳原子的未取代的的烃。氢化物基团可各自独立地是末端或侧链的。X是1至1,000的整数；和y是1至1000的整数。有利地是，R1、R1'、R2、R2'、R3和R3'中的至少两个是H。在一种交联剂中，R1或R1'是H且R2、R2'、R3和R3'中之一是H。
硅氢化物交联剂存在于所述弹性体组合物，以使聚合物中的烯基与硅氢化物交联剂中的SiH基团的摩尔比为(0.8至1.5):1，更优选(0.9至1.2):1。
氢化硅烷化催化剂是催化SiH键跨不饱和键(如烯烃或炔烃中发现的那些)加成以形成烷基或烯基硅烷的催化剂。氢化硅烷化催化剂通常是铂系，并且是本领域技术人员熟知的。可用于该反应的氢化硅烷化催化剂包括铂或含铂的配合物如美国专利号3,159,601和3,159,662中描述的铂烃配合物；美国专利号3,220,972中描述的铂醇化物催化剂，美国专利号3,814,730中描述的铂配合物和美国专利号3,516,946中描述的氯化铂-烯烃配合物；它们每个的内容通过引用并入本文中。涉及铂或含铂的催化剂的这些专利的每项均在此明确地通过引用并入本文中。期望所述铂或含铂的配合物是二羰基铂环乙烯基配合物、铂环乙烯基配合物、铂二乙烯基配合物或它们的任意组合。有用的催化剂可从St.Louis Mo的Sigma-Aldrich获得。普通实例包括铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷配合物。如同其他弹性体组合物一样，优选将本公开的弹性体组合物与低水平的催化剂抑制剂一起配制，以防止在室温下和不加入一些加热的情况下发生反应。氢化硅烷化催化剂抑制剂是本领域技术人员熟知的，仅举例来说包括：3,5-二甲基-1-己炔-3-醇。
根据本公开的弹性体组合物还可以包括本领域技术人员已知的另外的任选存在的组分如稳定剂和抗氧剂、增塑剂、其他填料和处理改进剂。例如，稳定剂抗氧剂可包括空间受阻酚化合物如季戊四醇四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯)，其由BASF根据商品名1010销售。其他填料包括例如氧化铝或炭黑。增塑剂包括各种各样的润滑剂，如由Chevron Phillips根据牌号提供的聚α烯烃(PAO)润滑剂。具体适合的PAO包括例如但不限于：来自Chevron Phillips的PAO 9 cSt。处理改进剂包括烃类增塑剂如Linealene二聚物A-20(C20H40)或烯基官能单体。当使用时，增塑剂优选构成1.0重量％至15.0重量％的所述弹性体组合物，更优选5重量％至12重量％，而烯基官能单体优选以0.5重量％至20重量％、更优选1重量％至10重量％的水平使用。
根据本公开的可热固化的弹性体组合物可如下进行配制和固化。将所述聚合物与任何增塑剂和烯基单体以及硅氢化物交联剂混合。然后，将所有填料与液体混合。一旦混合所有物质，将其进行真空处理，然后添加氢化硅烷化催化剂抑制剂。然后，添加氢化硅烷化催化剂，并充分混合各组分。然后，可以将混合的材料热固化以形成弹性体橡胶。热固化温度可以通过差示扫描量热法(DSC)测量的起始温度来确定。优选地，根据本公开的可热固化的弹性体可以在100℃或更高的温度下热固化一段足以使所述组合物交联的时间。取决于应用，可以使用从几秒到几小时或更长的时间。
根据本公开制备的热固化的弹性体具有低压缩永久变形、高抗拉强度、高模量、高伸长率、较低粘度、低水和气体渗透性。材料的压缩永久变形是指当去除施加至材料的力时保持的永久变形。该术语通常应用于软材料如弹性体以测量其密封能力，压缩永久变形越小，变形越小，其密封性能越好。当在125℃下进行测试24小时，然后在弹性体冷却至室温时释放压缩时，根据本公开的热固化的弹性体组合物优选具有15％或更低的压缩永久变形值。根据本公开的热固化的弹性体具有300psi以上、更优选400psi或更大的抗拉强度值。根据本公开的热固化的弹性体具有80psi至200psi的100％模量和大于200％的伸长率。当在25℃、12秒-1剪切速率下测量时，根据本公开的未固化的弹性体优选具有100Pa.s至10,000Pa.s、更优选200Pa.s至800Pa.s的粘度。
测试方法
除非另有说明，否则使用Haake，150 RheoStress在25℃下以12秒-1的剪切速率测量未固化的弹性体样品的粘度，结果记录为Pa.s。
使用ASTM D2240-05的方法测量肖氏A硬度。
使用ASTM D412-98A的方法测量抗拉强度、模量和断裂伸长率。
使用ASTM D395的方法在125℃24小时下测量压缩永久变形，使样品冷却至室温，然后除去。
实施例
在本公开的第一实施例中，将含有根据本公开预处理的硅石填料的弹性体组合物(以下实施例1)与两个对比弹性体组合物(以下实施例2和3)进行对比，所述对比弹性体组合物含有仅用疏水性化合物HMDZ(其中两个氢已被三甲基甲硅烷基取代的氨类化合物)处理的可商购获得的硅石填料。商购的对比硅石填料从Evonik根据牌号获得，并且不进行根据本公开的处理。根据本公开的硅石填料是基于气相法硅石，EvonikOX50。该气相法硅石可被原位处理，或其可用基于总填料重量的1至5重量％水平的烷基硅烷和基于所述总重量的0.2至2重量％水平的烯基硅烷进行预处理。烷基硅烷和烯基硅烷二者同时添加至所述组合物。所述组合物列出在下表1中。如下制备所述组合物：将聚烯烃聚合物、润滑剂和稳定剂在110℃温度下混合2小时，直到所有稳定剂已经溶解在混合物中。然后，将混合物冷却至80℃。然后，添加硅石填料和氧化铝填料并完全混合。使混合物经历真空以除去气泡。然后，将混合物冷却至小于50℃，添加硅氢化物交联剂和催化剂抑制剂，并充分混合混合物。然后，将混合物冷却至低于25℃，添加氢化硅烷化催化剂，并充分混合。在200psi的压力下，将组合物在厚度为1毫米的两个Teflon模具之间在130℃下热固化1小时。Si-H与烯基的化学计量比是基于烯基和Si-H基团的总摩尔数计算的摩尔比，并且在以下实施例中，一些烯基由烯丙基三甲氧基硅烷贡献。
表1
然后，如上所述，测试热固化的弹性体的各种各样的物理和机械参数。这些测试的结果呈现在下表2中。
表2
性质 实施例1 对比例2 对比例3
25℃、12秒-1下的粘度(Pa.s) 832 2,030 1,202
肖氏A硬度 32 26 19
抗拉强度(psi) 326 378 340
100％模量(psi) 134 62 53
断裂伸长率％ 265 367 384
压缩永久变形 2 14 0
弹性体组合物的所有物理特性都与其在所期望应用中的有用性有关。因此，必须评价一起评价粘度、硬度、抗拉强度、模量、伸长率和压缩永久变形以评价配制物。所述结果显示，与对比例2和3相比，根据本公开制备的弹性体组合物(实施例1)的弹性体组合物的增加的值。实施例1的粘度远低于对比弹性体组合物的粘度，实际上比实施例2低2倍。对比例的粘度太高以致使得它们不能用于许多应用。根据本公开制备的弹性体的肖氏A硬度比对比组合物的肖氏A硬度高得多。根据本公开制备的弹性体的抗拉强度高，并且与对比弹性体的抗拉强度相似。根据本公开的弹性体的100％模量显著高于两种对比弹性体的100％模量。在根据本公开制备的弹性体中，模量比对比组合物的模量高2倍以上。弹性体具有265％至384％范围的伸长率。根据本公开的弹性体具有比对比配制物低的断裂伸长率。根据本公开的弹性体的压缩永久变形也非常低，在1％处。与对比例相比，根据本公开的弹性体整体上具有更有利的性质。这些包括：低粘度、高肖氏硬度、抗拉强度和断裂伸长率与所有样品类似，根据本发明的弹性体的模量高得多，并且压缩永久变形非常低。
在本公开的第二实施例中，制备根据本公开的弹性体，并相对于含有仅用硅烷之一(烷基硅烷)处理的硅石填料的对比弹性体组合物，进行测试。弹性体配制物呈现在下表3中。实施例4是根据本公开的，而实施例5不是，其是对比例。两种弹性体组合物硅石填料均是用一种或更多硅烷进行原位处理。实施例4用重量比为5:1的烷基硅烷和烯基硅烷处理。实施例5仅用烷基硅烷处理，因而其不是根据本公开的。如下制备所述弹性体。将聚烯烃聚合物、润滑剂和稳定剂在110℃温度下混合约2小时，直到稳定剂已经完全溶解。然后，将混合物冷却至80℃，并将烯基硅烷和烷基硅烷如所指出的那样添加至混合物。然后，将未处理的硅石填料添加至混合物。然后，使混合物经历真空以除去任何副产物。接着，添加氧化铝和碳填料，并混合。然后，将混合物冷却至50℃，添加硅氢化物交联剂和催化剂抑制剂。然后，将混合物冷却至小于25℃，添加催化剂并混合。如上所述，将各实施例固化。
表3
固化后，测试样品的物理和机械性能。结果呈现在下表4中。
表4
性质 实施例4 实施例5
肖氏A硬度 38 26
抗拉强度(psi) 416 415
100％模量(psi) 140 77
断裂伸长率％ 248 445
压缩永久变形 10 19
结果表明，即使原位进行时，根据本公开的硅石填料的双硅烷处理也是有效的。与不根据本公开的弹性体相比，根据本公开的弹性体的肖氏A硬度更高。两种配制物的抗拉强度相同，并且足够高。根据本公开的弹性体的模量显著高于不根据本公开的弹性体的模量。模量增大几乎2倍。本公开的断裂伸长率低于不根据本公开的弹性体的断裂伸长率。与在不根据本公开的对比弹性体中发现的相比，根据本公开的弹性体具有显著更好的压缩永久变形值。总之，根据本发明的弹性体的总体特性比对比例好得多。
与目前使用的硅橡胶垫片材料相比，根据本发明的弹性体组合物还显示出低得多的氧气和水渗透性。如下表4所示，根据本发明的实施例4与商购的硅橡胶垫片材料进行氧气渗透性和水传递的对比。本公开的弹性体组合物显著更好，因为其具有低得多的氧气渗透性和水传递速率。使用Mocon Oxtran 2/60，在室温和0％相对湿度下，使用100％O2测试氧气渗透性。在Mocon Permatran W上，使用1mm厚的固化的弹性体或硅橡胶膜，用40℃的100％湿气测量水传递速率。
表5
参数 实施例4 商购的硅橡胶垫片材料
氧气渗透性(cc-mil/100in2/天) 808 9,975
水传递速率(g/m2/天) 1.2 130
已经根据相关法律标准描述了前述发明，因此该描述本质上是示例性的而不是限制性的。所公开的实施方式的变型和修改对于本领域技术人员来说可能是明显的，并且落入本发明的范围内。因此，本发明提供的法律保护的范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种可热固化的弹性体组合物，包含：
a)包含硅石的改性的硅石填料，所述硅石已通过用至少一种具有C1至C30烷基的烷基硅烷和至少一种具有C2至C30烯基的烯基硅烷处理改性以形成所述改性的硅石填料；
b)具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物；
c)具有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂；
d)氢化硅烷化催化剂；和
e)任选存在的以下中的一种或多种：稳定剂、抗氧剂、增塑剂、另外的填料材料、处理改进剂或氢化硅烷化催化剂抑制剂。
2.如权利要求1所述的可热固化的弹性体组合物，其中烷基硅烷的总量与烯基硅烷的总量的重量比为(1至10):1。
3.如权利要求1所述的可热固化的弹性体组合物，其中基于所述改性的硅石填料的总重量，在所述改性的硅石填料中，所述烷基硅烷和所述烯基硅烷的总组合量为1重量％至15重量％。
4.如权利要求1所述的可热固化的弹性体组合物，其中基于所述弹性体组合物的总重量，所述改性的硅石填料以10重量％至40重量％的量存在。
5.如权利要求1所述的可热固化的弹性体组合物，其中所述烷基硅烷包括十八烷基三甲氧基硅烷，和所述烯基硅烷包括烯丙基三甲氧基硅烷。
6.如权利要求1所述的可热固化的弹性体组合物，其中所述具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物包含末端烯基。
7.如权利要求6所述的可热固化的弹性体组合物，其中所述具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物包括聚异丁烯。
8.一种热固化的弹性体，包含：
a)包含硅石的改性的硅石填料，所述硅石已通过至少一种具有C1至C30烷基的烷基硅烷和至少一种具有C2至C30烯基的烯基硅烷处理改性以形成所述改性的硅石填料；
b)具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物；
c)具有至少两个SiH官能团的硅氢化物交联剂；
d)氢化硅烷化催化剂；和
e)任选存在的以下中的一种或多种：稳定剂、抗氧剂、增塑剂、另外的填料材料、处理改进剂或氢化硅烷化催化剂抑制剂。
9.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中烷基硅烷的总量与烯基硅烷的总量的重量比为(1至10):1。
10.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中基于所述改性的硅石填料的总重量，在所述改性的硅石填料中，所述烷基硅烷和所述烯基硅烷的总组合量为1重量％至15重量％。
11.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中基于所述弹性体的总重量，所述改性的硅石填料以10重量％至40重量％的量存在。
12.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中所述烷基硅烷包括十八烷基三甲氧基硅烷，和所述烯基硅烷包括烯丙基三甲氧基硅烷。
13.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中所述具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物包含末端烯基。
14.如权利要求13所述的热固化的弹性体，其中所述具有聚烯烃骨架和官能性烯基的弹性体烃聚合物包括聚异丁烯。
15.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中所述弹性体在125℃下24小时后的压缩永久变形小于15％。
16.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中所述弹性体具有大于300psi的抗拉强度。
17.如权利要求8所述的热固化的弹性体，其中所述弹性体具有80psi至200psi的100％模量和大于200％的断裂伸长率。
18.一种改性的硅石填料材料，包含已通过用至少一种具有C1至C30烷基的烷基硅烷和至少一种具有C2至C30烯基的烯基硅烷处理改性的硅石填料材料，其中所述烷基硅烷与所述烯基硅烷的重量比为(1至10):1。
19.如权利要求18所述的改性的硅石填料材料，其中基于所述改性的硅石填料的总重量，在所述改性的硅石填料中，所述烷基硅烷和所述烯基硅烷的总组合量为1重量％至15重量％。
20.如权利要求18所述的改性的硅石填料材料，其中所述烷基硅烷包括十八烷基三甲氧基硅烷，和所述烯基硅烷包括烯丙基三甲氧基硅烷。
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