CN109161205A - 一种阻燃发泡硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃发泡硅橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阻燃发泡硅橡胶及其制备方法。本发明提供的阻燃发泡硅橡胶由A组分和B组分混合发泡制得；所述A组分由包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料制得；所述B组分由包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料制得。与现有技术相比，本发明采用羟基硅油、含氢硅油作为发泡剂，与乙烯基硅油结合，并在抑制剂和催化剂的作用下反应，配合氢氧化铝等物料，使所得硅橡胶不仅具有优异的阻燃效果，还具有低密度、良好的力学性能，而且在室温下短时间内即实现了完全发泡，表现出优异的发泡效果，能够解决现有技术中阻燃性及其它性能难以调和平衡的问题。

Description

一种阻燃发泡硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及硅橡胶技术领域，特别涉及一种阻燃发泡硅橡胶及其制备方法。
背景技术
发泡硅橡胶是由硅橡胶经发泡处理得到的一种多孔性材料，既具有一般泡沫材料所具有的隔音、隔热、高弹性、低密度等特性，又具有硅橡胶所具有的耐高低温、耐辐射及化学稳定性等优点，广泛应用于国防军工、航空航天、汽车、化工等领域。例如各行业中常用的密封条便主要是发泡硅橡胶密封条，由于具有上述特性而广泛适用于汽车、门窗、家电、管道等的密封。
然而，硅橡胶的分子结构决定了其是一种易燃材料，而在实际应用过程中，往往对材料具有一定的阻燃要求。因此，提高发泡硅橡胶的阻燃性成为硅橡胶改性的主要方向之一。
目前，改善发泡硅橡胶阻燃性能最常采用的方法就是添加阻燃剂，然而，阻燃剂的引入，会对材料的密度有影响，破坏发泡硅橡胶的低密度特性，还易导致力学性能明显降低，而且，还会影响发泡效果。因此，发泡硅橡胶的阻燃性与低密度、力学性能、发泡性往往难以调和兼顾，局限了发泡硅橡胶的实际使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种阻燃发泡硅橡胶及其制备方法，本发明提供的阻燃发泡硅橡胶具有优异的阻燃性、低密度、力学性能，而且在室温下短时间内即可实现完全发泡，表现出良好的发泡效果。
本发明提供了一种阻燃发泡硅橡胶，由A组分和B组分混合发泡制得；
所述A组分由包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料制得；
所述B组分由包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料制得。
优选的，所述A组分由包含以下质量份的原料制得：
所述B组分由包含以下质量份的原料制得：
催化剂为所述A组分与B组分总质量的1～30ppm。
优选的，所述A组分与B组分的质量比为1∶(0.8～1.2)。
优选的，所述含氢硅油的粘度为10～500mPa.s，含氢硅油中Si-H键与含氢硅油的摩尔比≥3。
优选的，所述含氢硅油的含氢量为0.1wt％～1.6wt％。
优选的，所述羟基硅油的粘度为15～750mPa.s，羟基含量为0.2wt％～8wt％。
优选的，所述抑制剂选自2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷、1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基硅氧烷、3-甲基-1-丁炔-3-醇、1-乙炔基环己醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、3-丙基-1-丁炔-3-醇和3-辛基-1-丁炔-3-醇中的一种或几种。
优选的，所述催化剂选自氯铂酸的醇溶液、四氢呋喃配位的铂和二乙烯基四甲基硅氧烷配位的铂中的一种或几种。
优选的，所述氢氧化铝的粒度≤20μm；
所述硅微粉的粒度≤20μm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的阻燃发泡硅橡胶的制备方法，包括：
a)将包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料于真空条件下混合均匀，得到A组分；
b)将包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料于真空条件下混合均匀，得到B组分；
c)将所述A组分和B组分混合发泡，得到阻燃发泡硅橡胶；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
本发明提供了一种阻燃发泡硅橡胶，由A组分和B组分混合发泡制得；所述A组分由包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料制得；所述B组分由包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料制得。与现有技术相比，本发明将包含特定组分的原料分别配制得到A组分和B组分，再由A组分和B组分混合发泡得到阻燃发泡硅橡胶，具体采用羟基硅油、含氢硅油作为发泡剂，分别与乙烯基硅油结合，并在抑制剂和催化剂的作用下反应，配合氢氧化铝等物料，使所得硅橡胶不仅具有优异的阻燃效果，还具有低密度、良好的力学性能，而且在室温下短时间内即实现了完全发泡，表现出优异的发泡效果，能够解决现有技术中阻燃性及其它性能难以调和平衡的问题。
试验结果表明，本发明提供的阻燃发泡硅橡胶在室温下在15分钟内即可完全发泡，表现出较好的发泡的效果；发泡密度低于1g/cm3，保证了低密度特性；阻燃等级达到UL94V-0等级，具有高阻燃性；拉伸强度达到0.4MPa左右，表现出较好的力学性能。
具体实施方式
本发明提供了一种阻燃发泡硅橡胶，由A组分和B组分混合发泡制得；
所述A组分由包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料制得；
所述B组分由包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料制得。
本发明提供的阻燃发泡硅橡胶，采用羟基硅油、含氢硅油作为发泡剂，与乙烯基硅油结合，并在抑制剂和催化剂的作用下反应，配合氢氧化铝等物料，使所得硅橡胶不仅具有优异的阻燃效果，还具有低密度、良好的力学性能，而且在室温下短时间内即实现了完全发泡，表现出优异的发泡效果，能够解决现有技术中阻燃性及其它性能难以调和平衡的问题。
本发明中，形成A组分的原料包括乙烯基硅油。所述乙烯基硅油优选为端乙烯基硅油。所述端乙烯基硅油的粘度优选为2000～100000mPa.s，更优选为2000～20000mPa.s。本发明对所述乙烯基硅油的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
本发明中，形成A组分的原料还包括含氢硅油。采用含氢硅油，一方面可作为交联剂与乙烯基硅油反应，另一方面还可与羟基硅油反应生成氢气进行发泡，三者协同作用，共同改善硅橡胶的发泡性、实现均匀发泡。所述含氢硅油的粘度优选为10～500mPa.s。所述含氢硅油中Si-H键与含氢硅油的摩尔比优选为≥3。本发明对所述含氢硅油中Si-H键的位置没有特殊限制，可以在分子末端，也可以在中间。本发明中，所述含氢硅油的含氢量优选为0.1wt％～1.6wt％。本发明对所述含氢硅油的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
所述A组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述含氢硅油的用量优选为1～60质量份，更优选为5～43质量份。
本发明中，形成A组分的原料还包括氢氧化铝。采用氢氧化铝，一方面可起到阻燃作用，另一方面在与本发明体系的物料相互作用下，不会破坏发泡胶低密度特性和发泡效果，还能提高发泡胶的强度。本发明中，所述氢氧化铝的粒度优选为≤20μm。若粒度过高，则与基胶分子链的附着力较小，影响发泡胶的强度。
所述A组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述氢氧化铝的用量优选为1～100质量份，更优选为18～100质量份。
本发明中，形成A组分的原料优选还包括硅微粉。采用硅微粉可与本发明体系物料形成较好的相互适应性，增强发泡胶强度。本发明中，所述硅微粉的粒度优选为≤20μm。若粒度过高，则与基胶分子链的附着力较小，影响发泡胶的强度。
所述A组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述硅微粉的用量优选为0～30质量份，更优选为0～15质量份。
本发明中，形成A组分的原料优选还包括白炭黑。当采用低粘度乙烯基硅油时，添加适量白炭黑可以提高A组分和B组分的粘度，改善发泡性，具体的，当本发明A组分、B组分体系粘度低于4000mPa.s时产生的氢气易快速逸出，不容易发泡，添加适量的白炭黑可以提高粘度，有利于发泡。本发明对所述白炭黑的种类没有特殊限制，可以为沉淀法白炭黑或气相法白炭黑。
所述A组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述白炭黑的用量优选为0～10质量份，更优选为0～5质量份。
本发明中，形成A组分的原料优选还包括抑制剂。本发明中，所述抑制剂优选为2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷、1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基硅氧烷、3-甲基-1-丁炔-3-醇、1-乙炔基环己醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、3-丙基-1-丁炔-3-醇和3-辛基-1-丁炔-3-醇中的一种或几种。采用所述抑制剂，能够与本发明体系的胶料及发泡材料、阻燃材料相互作用，控制胶体的反应和发泡速度，避免其它材料对发泡的影响，在室温下短时间内即实现完全发泡，且发泡均匀。本发明对所述抑制剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
所述A组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述抑制剂的用量优选为0～10质量份，更优选为0.01～0.5质量份，进一步优选为0.01～0.15质量份。
本发明中，形成B组分的原料包括乙烯基硅油。所述乙烯基硅油优选为端乙烯基硅油。所述端乙烯基硅油的粘度优选为2000～100000mPa.s，更优选为2000～20000mPa.s。本发明对所述乙烯基硅油的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
本发明中，形成B组分的原料还包括羟基硅油。采用羟基硅油作为发泡剂，与乙烯基硅油有更好的相溶性，并与含氢硅油反应生成氢气脱泡，三者协同作用，共同改善硅橡胶的发泡性、实现均匀发泡。本发明中，所述羟基硅油的粘度优选为15～750mPa.s。本发明中，所述羟基硅油的羟基含量优选为0.2wt％～8wt％。本发明对羟基硅油的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
所述B组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述羟基硅油的用量优选为1～100质量份，更优选为3～80质量份。
本发明中，形成B组分的原料还包括氢氧化铝。采用氢氧化铝，一方面可起到阻燃作用，另一方面可与本发明体系的物料相互作用，不会破坏发泡胶低密度特性和发泡效果，还能提高发泡胶的强度。本发明中，所述氢氧化铝的粒度优选为≤20μm。若粒度过高，则与基胶分子链的附着力较小，影响发泡胶的强度。
所述B组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述氢氧化铝的用量优选为1～100质量份，更优选为22～88质量份。
本发明中，形成B组分的原料优选还包括硅微粉。采用硅微粉可与本发明体系物料形成较好的相互适应性，增强发泡胶强度。本发明中，所述硅微粉的粒度优选为≤20μm。若粒度过高，则与基胶分子链的附着力较小，影响发泡胶的强度。
所述B组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述硅微粉的用量优选为0～30质量份，更优选为0～13质量份。
本发明中，形成B组分的原料优选还包括白炭黑。当采用低粘度乙烯基硅油时，添加适量白炭黑可以提高A组分和B组分的粘度，改善发泡性，具体的，当本发明A组分、B组分体系粘度低于4000mPa.s时产生的氢气易快速逸出，不容易发泡，添加适量的白炭黑可以提高粘度，有利于发泡。本发明对所述白炭黑的种类没有特殊限制，可以为沉淀法白炭黑或气相法白炭黑。
所述B组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述白炭黑的用量优选为0～10质量份，更优选为0～5质量份。
本发明中，形成B组分的原料还包括色浆。采用色浆主要用于调色，本发明中，所述色浆优选包括黑色浆、蓝色浆、红色浆和银色浆中的一种或几种。本发明对所述色浆的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
所述B组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述色浆的用量优选为0.1～10质量份，更优选为0.1～5质量份。
本发明中，形成B组分的原料还包括催化剂。本发明中，所述催化剂优选为铂催化剂。所述铂催化剂优选为氯铂酸的醇溶液、四氢呋喃配位的铂和二乙烯基四甲基硅氧烷配位的铂中的一种或几种。所述氯铂酸的醇溶液中的醇优选为C1～C10的饱和脂肪醇，其中的碳链可以是直链，也可带有支链。采用所述催化剂能够催化含氢硅油与乙烯基硅油进行反应，并催化含氢硅油与羟基硅油进行脱氢反应，使体系产生较好的发泡效果，并与阻燃剂等物料相互作用，改善阻燃性的同时能够增强基体，获得低密度。
所述B组分中，以乙烯基硅油用量为100质量份为基准，所述催化剂的用量优选为A组分与B组分总质量的1～30ppm，更优选为5～15ppm。
本发明中，所述A组分与B组分的质量比优选为1∶(0.8～1.2)，更优选为1∶1。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的阻燃发泡硅橡胶的制备方法，包括：
a)将包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料于真空条件下混合均匀，得到A组分；
b)将包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料于真空条件下混合均匀，得到B组分；
c)将所述A组分和B组分混合发泡，得到阻燃发泡硅橡胶；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
其中，所述各组分的种类、用量和来源等与上述技术方案中一致，在此不再一一赘述。
本发明中，所述步骤a)中，所述真空条件的真空度优选为-0.08MPa～-0.1MPa。在真空条件下将各组分混合，用以去除胶料中的空气。本发明对所述混合的方式没有特殊限制，能够将各原料混匀即可。在一个实施例中，将各组分置于行星机中搅拌混匀，所述搅拌的时间≥30min。
本发明中，所述步骤b)中，所述真空条件的真空度优选为-0.08MPa～-0.1MPa。在真空条件下将各组分混合，用以去除胶料中的空气。本发明对所述混合的方式没有特殊限制，能够将各原料混匀即可。在一个实施例中，将各组分置于行星机中搅拌混匀，所述搅拌的时间≥30min。
本发明对得到A组分和B组分的顺序没有特殊限制。
本发明中，所述步骤c)中，将A组分和B组分混合的方式没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的混料手段即可，将二者混匀后，物料体系在室温下(如25℃)于短时间内即可完全发泡，得到阻燃发泡硅橡胶。
本发明将包含特定组分的原料分别配制得到A组分和B组分后，再将二者混合发泡，得到的硅橡胶不仅具有优异的阻燃效果，还具有低密度、良好的力学性能，而且在室温下短时间内即实现了完全发泡，表现出优异的发泡效果。而且本发明提供的制备方法简单易行、条件温和，设备要求低，便于规模化生产应用。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
A组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝、气相法白炭黑和抑制剂加入到行星机中混合搅拌2h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到A组分(粘度为7400mPa.s)。
B组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、白炭黑、黑色浆和铂催化剂加入到行星机中混合搅拌2h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到B组分(粘度为7600mPa.s)。
将所得A组分和B组分按质量比1∶1混匀后在室温下(25℃)发泡，得到阻燃发泡硅橡胶。
上述制备过程中各原料种类及用量参见表1。
表1实施例1中各原料种类及用量
实施例2
A组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝、硅微粉和抑制剂加入到行星机中混合搅拌1h，真空度为-0.09MPa，混匀后出料，得到A组分(粘度为7800mPa.s)。
B组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、硅微粉、黑色浆和铂催化剂加入到行星机中混合搅拌1h，真空度为-0.09MPa，混匀后出料，得到B组分(粘度为8900mPa.s)。
将所得A组分和B组分按质量比1∶1混匀后在室温下(25℃)发泡，得到阻燃发泡硅橡胶。
上述制备过程中各原料种类及用量参见表2。
表2实施例2中各原料种类及用量
实施例3
A组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝、硅微粉和抑制剂加入到行星机中混合搅拌0.5h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到A组分(粘度为28000mPa.s)。
B组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、硅微粉、黑色浆和铂催化剂加入到行星机中混合搅拌0.5h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到B组分(粘度为25000mPa.s)。
将所得A组分和B组分按质量比1∶1混匀后在室温下(25℃)发泡，得到阻燃发泡硅橡胶。
上述制备过程中各原料种类及用量参见表3。
表3实施例3中各原料种类及用量
实施例4
A组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝、硅微粉和抑制剂加入到行星机中混合搅拌0.5h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到A组分。
B组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、硅微粉、黑色浆和铂催化剂加入到行星机中混合搅拌0.5h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到B组分。
将所得A组分和B组分按质量比1∶1混匀后在室温下(25℃)发泡，得到阻燃发泡硅橡胶。
上述制备过程中各原料种类及用量参见表4。
表4实施例4中各原料种类及用量
实施例5
A组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、氢氧化铝、气相法白炭黑和抑制剂加入到行星机中混合搅拌2h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到A组分。
B组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、白炭黑、黑色浆和铂催化剂加入到行星机中混合搅拌2h，真空度为-0.096MPa，混匀后出料，得到B组分。
将所得A组分和B组分按质量比1∶1混匀后在室温下(25℃)发泡，得到阻燃发泡硅橡胶。
上述制备过程中各原料种类及用量参见表5。
表5实施例5中各原料种类及用量
实施例6
对实施例1～5所得的阻燃发泡硅橡胶进行性能测试，测试结果参见表6。其中，发泡时间的测定：准备一个秒表，各取30gA、B组分于一次性杯子里，迅速搅拌均匀，然后用秒表开始计时，观察杯子中发泡胶的高度，直到发泡胶的高度不在变化时记下时间，即为发泡时间。发泡后密度的测量：取一带体积刻度的量筒，称出重量m1，将胶在量筒中进行发泡，读出发泡后的体积v，称出总重量m2后减去量筒重量m1,得到发泡胶重量m，则发泡后的密度为m/v。发泡后阻燃等级依据UL94标准垂直燃烧试验进行测试，拉伸强度按照标准GB/T528-2005硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定进行测试。
表6实施例1～5的性能测试结果
由以上测试结果可知，本发明提供的阻燃发泡硅橡胶，不仅具有高阻燃等级，而且具有低密度、高强度，以及良好的发泡效果，克服了阻燃性与低密度、力学及发泡性难以平衡兼顾的问题。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种阻燃发泡硅橡胶，其特征在于，由A组分和B组分混合发泡制得；
所述A组分由包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料制得；
所述B组分由包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料制得。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，
所述A组分由包含以下质量份的原料制得：
所述B组分由包含以下质量份的原料制得：
3.根据权利要求1或2所述的硅橡胶，其特征在于，所述A组分与B组分的质量比为1∶(0.8～1.2)。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述含氢硅油的粘度为10～500mPa.s，含氢硅油中Si-H键与含氢硅油的摩尔比≥3。
5.根据权利要求1或4所述的硅橡胶，其特征在于，所述含氢硅油的含氢量为0.1wt％～1.6wt％。
6.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述羟基硅油的粘度为15～750mPa.s，羟基含量为0.2wt％～8wt％。
7.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述抑制剂选自2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷、1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基硅氧烷、3-甲基-1-丁炔-3-醇、1-乙炔基环己醇、3-苯基-1-丁炔-3-醇、3-丙基-1-丁炔-3-醇和3-辛基-1-丁炔-3-醇中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述催化剂选自氯铂酸的醇溶液、四氢呋喃配位的铂和二乙烯基四甲基硅氧烷配位的铂中的一种或几种。
9.根据权利要求2所述的硅橡胶，其特征在于，所述氢氧化铝的粒度≤20μm；
所述硅微粉的粒度≤20μm。
10.一种权利要求1～9中任一项所述的阻燃发泡硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括：
a)将包含乙烯基硅油、含氢硅油和氢氧化铝的原料于真空条件下混合均匀，得到A组分；
b)将包含乙烯基硅油、羟基硅油、氢氧化铝、色浆和催化剂的原料于真空条件下混合均匀，得到B组分；
c)将所述A组分和B组分混合发泡，得到阻燃发泡硅橡胶；
所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。
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