CN109401332A - 高温硫化硅橡胶密封条及其制备方法 - Google Patents

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付子恩
陈建军
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Abstract

本发明涉及一种高温硫化硅橡胶密封条，以重量份计，主要由以下原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份；改性无机阻燃剂10‑100份；含铂阻燃催化剂0.1‑1份；补强填料20‑80份；结构控制剂5‑10份；交联剂0.2‑1份；抑制剂0.01‑0.1份；色母胶0.5‑3份；所述改性无机阻燃剂由四甲基二乙烯基二硅氮烷和氢氧化铝制备而成；所述含铂阻燃催化剂由氯铂酸、辛醇、气相白炭黑和端乙烯基聚二甲基硅氧烷制备而成。上述高温硫化硅橡胶具有优异的阻燃性能和优异的力学性能。

Description

高温硫化硅橡胶密封条及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及高温硫化硅橡胶密封条及其制备方法。
背景技术
硅橡胶具有耐高低温，耐候性，生理惰性，低压缩永久变形性，无气味可着色等优异性能，在电子电器、汽车机车、航天航空等领域得到广泛的使用。近年来，高温硫化硅橡胶密封条的使用量快速增长。与具有难闻气味的传统三元乙丙橡胶密封条相比，硅橡胶密封条没有气味，并且在耐候性、耐高低温性、生理惰性、环境友好性和回弹密封性等性能方面有很大的优势，但是，硅橡胶密封条在拉伸强度和抗撕裂强度性能与三元乙丙橡胶有一定的差距。此外，硅橡胶本身易燃，遇到明火可持续性燃烧，在一定程度上限制其应用。
国家标准要求幕墙用密封条拉伸强度≥10.3MPa，目前的阻燃型高温硫化硅橡胶密封条其拉伸强度和抗撕裂强度较差，容易出现在密封条穿拉过程中撕裂断开和在使用过程中出现切口后撕裂断开等现象。中国发明专利CN 101787846B公布了建筑门窗用阻燃型高温硫化硅橡胶胶条及其制备方法，但其拉伸强度只有5.5MPa；中国发明专利CN102010599B公布了一种膨胀型阻燃硅橡胶及其制备方法，其拉伸强度7.1MPa，抗撕裂强度18KN/m。
发明内容
基于此，本发明提供一种高温硫化硅橡胶密封条，其在具有优良阻燃性的基础上，还具有较好的力学性能，例如：高的拉伸强度、优异的抗撕裂性能等，能够满足幕墙用密封胶条的要求。
具体技术方案为：
一种高温硫化硅橡胶密封条，以重量份计，主要由以下原料制备而成：
所述改性无机阻燃剂由四甲基二乙烯基二硅氮烷和氢氧化铝制备而成；
所述含铂阻燃催化剂由氯铂酸、辛醇、气相白炭黑和端乙烯基聚二甲基硅氧烷制备而成。
在其中一个实施例中，所述高温硫化硅橡胶密封条主要由以下原料制备而成：
在其中一个实施例中，所述改性无机阻燃剂的制备方法包括以下步骤：
取100重量份的氢氧化铝，干燥，将其置于15-25重量份的四甲基二乙烯基二硅氮烷中，快速搅拌0.5h-2h，干燥，得改性无机阻燃剂。
在其中一个实施例中，所述氢氧化铝的粒径为1μm-8μm。
在其中一个实施例中，所述含铂阻燃催化剂的制备方法包括以下步骤：
将氯铂酸和辛醇按1：(1-3)的摩尔比配成溶液，搅拌，过滤，继续搅拌滤液，得铂化合物；
将100重量份的气相白炭黑与50-300重量份的所述铂化合物混合均匀，放置10h以上，再加入端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释至混合物中铂的质量分数为3000ppm-5000ppm，得含铂阻燃催化剂。
在其中一个实施例中，所述气相白炭黑的比表面积＜100m2/g。
在其中一个实施例中，所述甲基乙烯基硅橡胶生胶的分子量为500000-700000，乙烯基摩尔含量为0.03-0.3％。
在其中一个实施例中，所述补强填料选自气相白炭黑、沉淀法白炭黑、硅藻土、硅微粉、碳酸钙和高岭土中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述结构控制剂选自α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、二苯基硅二醇、六甲基二硅氮烷和二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述交联剂为线型结构的至少含有3个Si—H基的聚有机硅氧烷，含氢量为0.3-3％。
在其中一个实施例中，所述抑制剂选自炔醇类化合物、含烯烃基环状硅氧烷低聚物、苯并三唑和有机胺类化合物中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述色母胶包含炭黑。
在其中一个实施例中，所述色母胶由100份甲基乙烯基硅橡胶生胶和20-40份炭黑混合制备而成。
本发明还提供上述高温硫化硅橡胶密封条的制备方法。
具体技术方案为：
一种高温硫化硅橡胶密封条的制备方法，包括以下步骤：
将所述甲基乙烯基硅橡胶生胶、补强填料、结构控制剂和改性无机阻燃剂捏合，得混炼胶；
取一半量的所述混炼胶与所述含铂阻燃催化剂、色母胶混合，薄通3-5次，得A胶；
取另一半量的所述混炼胶与所述交联剂、抑制剂混合，薄通3-5次，得B胶；
将所述A胶与B胶混合，薄通3-5次，得混炼胶胶片；
将所述混炼胶胶片挤出，得胶条，将所述胶条硫化定性，得高温硫化硅橡胶密封条。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
上述高温硫化硅橡胶密封条将改性的无机阻燃剂、含铂阻燃催化剂和炭黑配合使用，组成高效阻燃体系，该阻燃体系具有无卤、低烟、对环境无污染等特点，将其添加到高温硫化硅橡胶密封条中，密封条的阻燃级别高达FV-0级，并且，本发明硅橡胶密封条在阻燃级别较高的基础上，还具有优异的力学性能，其拉伸强度≥10.3MPa，满足幕墙用密封胶条的要求。
其中，改性无机阻燃剂由四甲基二乙烯基二硅氮烷和氢氧化铝制备而成。经过改性后，氢氧化铝表面引入硅甲基和乙烯基，钝化氢氧化铝的极性，增加阻燃剂与硅橡胶的相容性和分散性，降低阻燃剂对硅橡胶力学性能的影响，引入乙烯基还能增强阻燃剂与硅橡胶之间的交联作用，发挥补强的作用。同时，搭配使用由氯铂酸、辛醇和气相白炭黑制备而成的含铂阻燃催化剂，铂化合物均匀吸附在白炭黑表面，燃烧时铂化合物催化交联，抑制小分子生成，提高硅橡胶的热稳定性，同时还能促进陶瓷层的形成，隔绝空气，使火焰熄灭，提高硅橡胶的阻燃性。同时，在铂催化硫化体系下，避免出现采用专用型过氧化物硫化体系和通用型过氧化物硫化体系的拉伸强度和抗撕裂强度低的现象，经过上述两种阻燃剂的配合，制备的硫化硅橡胶密封条能够保持较高拉伸强度、高抗撕裂、高断裂伸长率和低压缩永久变形率等高性能，可广泛应用于汽车、轨道交通机车、船舶、建筑门窗幕墙和工业箱柜等领域。同时，采用铂催化硫化体系，还能避免产生有害物质对环境造成的污染。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合具体实施例对本发明的高温硫化硅橡胶密封条及其制备方法作进一步详细的说明。
以下具体实施方式中所采用的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
色母胶由100份甲基乙烯基硅橡胶生胶和30份炭黑混合制备而成。
实施例1
1、改性无机阻燃剂的制备：
将100g氢氧化铝(粒径为1-8μm)放入鼓风恒温干燥箱中110℃处理4h，然后放入烧瓶中，向烧瓶中加入18g四甲基二乙烯基二硅氮烷，在100℃下快速搅拌1h，然后放入鼓风恒温干燥箱中120℃处理4h，制得改性无机阻燃剂。
2、含铂阻燃催化剂的制备：
将氯铂酸与辛醇按摩尔比1：2配成溶液，在70℃、3KPa下搅拌5h。然后过滤出沉淀，滤液在70℃、0.2KPa下搅拌2h，得到铂化合物。
将比表面积为80m2/g的气相白炭黑与上述铂化合物按100：100的重量比混合均匀，于室温下放置10h以上，用低粘度的端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释到混合物中铂的质量分数为3200ppm，得到含铂阻燃催化剂。
3、高温硫化硅橡胶密封条的制备(按重量份计)
在捏合机中加入100份甲基乙烯基硅橡胶生胶(乙烯基摩尔分数：0.21％，平均分子量约：65万)，再依次加入40份气相白炭黑(比表面积：380m2/g)，8份α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(粘度：30mPa.s)，20份改性无机阻燃剂，在常温充分捏合2小时，再在170℃，常压条件下捏合2小时，最后在170℃，真空度为-0.10MPa下捏合2小时，冷却至室温，制的混炼胶，停放24小时。
取一半量的混炼胶，2份的黑色色母胶和0.3份含铂阻燃催化剂混合，在开炼机上薄通3-5次，制的A胶。另一半量的混炼胶、0.03份炔醇类化合物抑制剂和0.36份交联剂(含氢量为1.55％的含氢硅油)混合，在开炼机上薄通3-5次，制的B胶，再将A胶和B胶在开炼机上薄通3-5次，制得混炼胶胶片。
将混炼胶胶片制成直径约为4厘米的混炼胶料，喂入螺杆挤出机，通过特定的口模挤出胶条。将挤出的胶条先通过一段温度为500℃的超高温硫化定型烘道进行硫化定型，再将胶条通过一段230℃的烘道进行一次硫化。将一次硫化后的胶条放入180℃烘箱中2小时进行二次硫化，得到高性能阻燃型高温硫化硅橡胶密封条Ⅰ。
待密封条Ⅰ冷却，并完成时效处理后进行相关性能检测，检测方法如下：
邵氏A硬度：使用邵氏A型硬度计，按国家标准GB/T 531.1-2008检测硬度。
拉伸强度：按照国家标准GB/T 528-2009中的1型样条制样并检测拉伸强度。
断裂伸长率：按照国家标准GB/T 528-2009中的1型样条制样并检测断裂伸长率。
压缩永久变形率：按照国家标准GB/T 7759-2015中的B型制样，检测条件为100℃*168h检测压缩永久变形率
撕裂强度：按照国家标准GB/T 529-2008中的带缺口直角型样条制样并检测撕裂强度。
结果如表1所示。
表1
实施例2
1、改性无机阻燃剂的制备：
将100g氢氧化铝(粒径为1-8μm)放入鼓风恒温干燥箱中110℃处理4h，然后放入烧瓶中，向烧瓶中加入20g四甲基二乙烯基二硅氮烷，在100℃下快速搅拌1h，然后放入鼓风恒温干燥箱中120℃处理4h，制得改性无机阻燃剂。
2、含铂阻燃催化剂的制备：
将氯铂酸与辛醇按摩尔比1：2配成溶液，在70℃、3KPa下搅拌5h。然后过滤出沉淀，滤液在70℃、0.2KPa下搅拌2h，得到铂化合物。
将比表面积为80m2/g的气相白炭黑与上述铂化合物按100：300的重量比混合均匀，于室温下放置10h以上，用低粘度的端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释到混合物中铂的质量分数为3200ppm，得到含铂阻燃催化剂。
3、高温硫化硅橡胶密封条的制备：
在捏合机中加入100份甲基乙烯基硅橡胶生胶(乙烯基摩尔分数：0.23％，平均分子量约：63万)，再依次加入45份气相白炭黑(比表面积：300m2/g),7份α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(粘度：30mPa.s)，20份改性无机阻燃剂，在常温充分捏合2小时，再在160℃，常压条件下捏合1.5小时，最后在160℃，真空度为-0.10MPa下捏合2小时，冷却至室温，制的混炼胶，停放24小时。
取一半量的混炼胶，2份的色母胶，0.3份含铂阻燃催化剂混合，在开炼机上薄通3-5次，制的A胶。取另一半量的混炼胶、0.03份炔醇类化合物抑制剂和0.72份交联剂(含氢量为0.75％的含氢硅油)混合，在开炼机上薄通3-5次，制的B胶，再将A胶和B胶在开炼机上薄通3-5次，制得混炼胶胶片。
将混炼胶胶片制成直径约为5厘米的混炼胶料，喂入螺杆挤出机，通过特定的口模挤出胶条。将挤出的胶条先通过一段温度为530℃的超高温硫化定型烘道进行硫化定型，再将胶条通过一段220℃的烘道进行一次硫化。将一次硫化后的胶条放入200℃烘箱中2小时进行二次硫化，得到高性能阻燃型高温硫化硅橡胶密封条Ⅱ。
待密封条Ⅱ冷却，并完成时效处理后进行相关性能检测，检测方法与实施例1相同，结果如表2所示。
表2
实施例3
1、改性无机阻燃剂的制备：
将100g氢氧化铝(粒径为1-8μm)放入鼓风恒温干燥箱中110℃处理4h，然后放入烧瓶中，向烧瓶中加入23g四甲基二乙烯基二硅氮烷，在100℃下快速搅拌1h，然后放入鼓风恒温干燥箱中120℃处理4h，制得改性无机阻燃剂。
2、含铂阻燃催化剂的制备：
将氯铂酸与辛醇按摩尔比1：2配成溶液，在70℃、3KPa下搅拌5h。然后过滤出沉淀，滤液在70℃、0.2KPa下搅拌2h，得到铂化合物。
将比表面积为80m2/g的气相白炭黑与上述铂化合物按100：50的重量比混合均匀，于室温下放置10h以上，用低粘度的端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释到混合物中铂的质量分数为3200ppm，得到含铂阻燃催化剂。
3、高温硫化硅橡胶密封条的制备：
在捏合机中加入100份甲基乙烯基硅橡胶生胶(乙烯基摩尔分数：0.24％，平均分子量约：65万)，再依次加入40份气相白炭黑(比表面积：400m2/g)，8份α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(粘度：30mPa.s)，25份改性无机阻燃剂，在常温充分捏合1.5小时，再在165℃，常压条件下捏合2小时，最后在165℃，真空度为-0.10MPa下捏合2小时，冷却至室温，制的混炼胶，停放24小时。
取一半量的混炼胶，2份的色母胶，0.3份含铂阻燃催化剂混合，在开炼机上薄通3-5次，制的A胶。取另一半量的混炼胶、0.03份炔醇类化合物抑制剂和0.36份交联剂(含氢量为1.55％的含氢硅油)混合，在开炼机上薄通3-5次，制的B胶，再将A胶和B胶在开炼机上薄通3-5次，制得混炼胶胶片。
将混炼胶胶片制成直径约为4厘米的混炼胶料，喂入螺杆挤出机，通过特定的口模挤出胶条。将挤出的胶条先通过一段温度为520℃的超高温硫化定型烘道进行硫化定型，再将胶条通过一段200℃的烘道进行一次硫化。将一次硫化后的胶条放入200℃烘箱中2小时进行二次硫化，得到高性能阻燃型高温硫化硅橡胶密封条Ⅲ。
待密封条Ⅲ冷却，并完成时效处理后进行相关性能检测，检测方法与实施例1相同，结果如表3所示。
表3
实施例4
1、改性无机阻燃剂的制备：
将100g氢氧化铝(粒径为1-8μm)放入鼓风恒温干燥箱中110℃处理4h，然后放入烧瓶中，向烧瓶中加入25g四甲基二乙烯基二硅氮烷，在100℃下快速搅拌1h，然后放入鼓风恒温干燥箱中120℃处理4h，制得改性无机阻燃剂。
2、含铂阻燃催化剂的制备：
将氯铂酸与辛醇按摩尔比1：2配成溶液，在70℃、3KPa下搅拌5h。然后过滤出沉淀，滤液在70℃、0.2KPa下搅拌2h，得到铂化合物。
将比表面积为80m2/g的气相白炭黑与上述铂化合物按100：200的重量比混合均匀，于室温下放置10h以上，用低粘度的端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释到混合物中铂的质量分数为3200ppm，得到含铂阻燃催化剂。
3、高温硫化硅橡胶密封条的制备：
在捏合机中加入100份甲基乙烯基硅橡胶生胶(乙烯基摩尔分数：0.24％，平均分子量约：65万)，再依次加入45份气相白炭黑(比表面积：300m2/g)，7份α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(粘度：30mPa.s)，20份改性无机阻燃剂，在常温充分捏合1.5小时，再在170℃，常压条件下捏合2小时，最后在170℃，真空度为-0.10MPa下捏合2小时，冷却至室温，制的混炼胶，停放24小时。
取一半量的混炼胶，2份的色母胶，0.3份含铂阻燃催化剂混合，在开炼机上薄通3-5次，制的A胶。取另一半量的混炼胶、0.03份炔醇类化合物抑制剂和0.36份交联剂(含氢量为1.55％的含氢硅油)混合，在开炼机上薄通3-5次，制的B胶，再将A胶和B胶在开炼机上薄通3-5次，制得混炼胶胶片。
将混炼胶胶片制成直径约为4厘米的混炼胶料，喂入螺杆挤出机，通过特定的口模挤出胶条。将挤出的胶条先通过一段温度为530℃的超高温硫化定型烘道进行硫化定型，再将胶条通过一段200℃的烘道进行一次硫化。将一次硫化后的胶条放入180℃烘箱中2小时进行二次硫化，得到高性能阻燃型高温硫化硅橡胶密封条Ⅳ。
待密封条Ⅳ冷却，并完成时效处理后进行相关性能检测，检测方法与实施例1相同，结果如表4所示。
表4
对比例1
1、含铂阻燃催化剂的制备方法与实施例1相同。
2、高温硫化硅橡胶密封条的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，将改性无机阻燃剂替换为未经过改性的氢氧化铝，得到高温硫化硅橡胶密封条Ⅴ。
待密封条Ⅴ冷却，并完成时效处理后，采用与实施例1相同的检测方法进行相关性能检测，结果如表5所示。
表5
对比例2
1、改性无机阻燃剂的制备方法与实施例1相同。
2、含铂阻燃催化剂的制备：
将氯铂酸与辛醇按摩尔比1：2配成溶液，在70℃、3KPa下搅拌5h。然后过滤出沉淀，滤液在70℃、0.2KPa下搅拌2h，用低粘度的端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释到混合物中铂的质量分数为3200ppm，得到铂化合物。
3、高温硫化硅橡胶密封条的制备方法与实施例1相同，得到高温硫化硅橡胶密封条Ⅵ。
待密封条Ⅵ冷却，并完成时效处理后，采用与实施例1相同的检测方法进行相关性能检测，结果如表6所示。
表6
由表1-6可知，实施例1-4制备的高温硫化硅橡胶具有较高的阻燃等级(FV-0)及较好的力学性能，其拉伸强度均≥10.3MPa，满足幕墙用密封胶条的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，以重量份计，主要由以下原料制备而成：
所述改性无机阻燃剂由四甲基二乙烯基二硅氮烷和氢氧化铝制备而成；
所述含铂阻燃催化剂由氯铂酸、辛醇、气相白炭黑和端乙烯基聚二甲基硅氧烷制备而成。
2.根据权利要求1所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，主要由以下原料制备而成：
3.根据权利要求1所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述改性无机阻燃剂的制备方法包括以下步骤：
取100重量份的氢氧化铝，干燥，将其置于15-25重量份的四甲基二乙烯基二硅氮烷中，快速搅拌0.5h-2h，干燥，得改性无机阻燃剂。
4.根据权利要求3所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述氢氧化铝的粒径为1μm-8μm。
5.根据权利要求1所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述含铂阻燃催化剂的制备方法包括以下步骤：
将氯铂酸和辛醇按1：(1-3)的摩尔比配成溶液，搅拌，过滤，继续搅拌滤液，得铂化合物；
将100重量份的气相白炭黑与50-300重量份的所述铂化合物混合均匀，放置10h以上，再加入端乙烯基聚二甲基硅氧烷稀释至混合物中铂的质量分数为3000ppm-5000ppm，得含铂阻燃催化剂。
6.根据权利要求5所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述气相白炭黑的比表面积＜100m2/g。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述甲基乙烯基硅橡胶生胶的分子量为500000-700000，乙烯基摩尔含量为0.03-0.3％；
所述补强填料选自气相白炭黑、沉淀法白炭黑、硅藻土、硅微粉、碳酸钙和高岭土中的至少一种；
所述结构控制剂选自α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、二苯基硅二醇、六甲基二硅氮烷和二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
8.根据权利要求1-6任一项所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述交联剂为线型结构的至少含有3个Si—H基的聚有机硅氧烷，含氢量为0.3-3％；
所述抑制剂选自炔醇类化合物、含烯烃基环状硅氧烷低聚物、苯并三唑和有机胺类化合物中的至少一种。
9.根据权利要求1-6任一项所述的高温硫化硅橡胶密封条，其特征在于，所述色母胶包含炭黑。
10.一种权利要求1-9任一项所述的高温硫化硅橡胶密封条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述甲基乙烯基硅橡胶生胶、补强填料、结构控制剂和改性无机阻燃剂捏合，得混炼胶；
取一半量的所述混炼胶与所述含铂阻燃催化剂、色母胶混合，薄通3-5次，得A胶；
取另一半量的所述混炼胶与所述交联剂、抑制剂混合，薄通3-5次，得B胶；
将所述A胶与B胶混合，薄通3-5次，得混炼胶胶片；
将所述混炼胶胶片挤出，得胶条，将所述胶条硫化定性，得高温硫化硅橡胶密封条。
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