CN109762513B - 一种提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，通过在硅胶表面引入含活性胺物质，并在瞬干胶中引入环氧官能团硅烷偶联剂，通过界面处活性胺物质催化加速瞬干胶固化，并与环氧基团反应，增强界面粘接强度。其解决了现有硅胶材料如密封胶、电子灌封胶、人体器官模型、硅胶模具及硅胶人体模型遭到破坏后难以采用瞬干胶修复的问题，并提供硅胶材料与瞬干胶的改进配方。

Description

一种提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法

技术领域

本发明涉及粘接材料领域，具体说是一种提高低表面能硅胶材料与瞬干胶粘接强度的方法及其应用。

背景技术

以硅氧键(-Si-O-Si-)为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90％以上。硅胶因其无毒、机械强度高、具有较好的抗水解稳定性(即使在高压蒸汽下)、良好的低压缩形变、低燃烧性、可深度硫化、以及硫化速度可以用温度来控制等优点在各行各业中如密封胶、人体模型等领域得到广泛的运用。与其他高分子材料相比，有机硅产品的最突出性能是：耐高低温、耐候性、电气绝缘性、惰性、和低表面张力和低表面能。

根据用途和合成方法，硅胶一般分为单组分室温硫化硅橡胶，双组分室温硫化硅橡胶和双组分加成型室温硫化硅橡胶。特别是对于双组分加成型室温硫化硅橡胶，它们的硫化机理是基于有机硅生胶端基上的乙烯基(或丙烯基)和交链剂分子上的硅氢基发生加成反应(氢硅化反应)来完成的。由于分子链中不含有极性基团，分子间以共价交联点作用，一旦材料遭到破坏后，难以采用常规方法修复。

发明内容

本发明目的就是为了解决现有硅胶材料受外力被破坏后难以采用普通材料如瞬干胶粘接修复的问题，提供一种硅胶改良配方及处理方法。

本发明中，提高硅胶与瞬干胶界面粘接强度的方法具体如下：

通过在硅胶表面引入含活性胺物质，并在瞬干胶中引入环氧官能团硅烷偶联剂，通过界面处活性胺物质催化加速瞬干胶固化，并与环氧基团反应，增强界面粘接强度。

所述的硅胶为缩合型硅胶材料，则活性胺物质为含有氨基官能团的硅烷偶联剂，具体包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷、N-3(三甲氧基硅烷)丙基正丁胺及氨基硅油、六甲基二硅氮烷中的任意一种。活性胺物质占硅胶材料质量的1-10％。

对于该缩合型硅胶材料，通过加入含有氨基官能团的硅烷偶联剂直接引入：

具体步骤如下：

先将107胶、硅油、白炭黑、六甲基二硅氮烷、颜料、偶联剂(如γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷、N-3(三甲氧基硅烷)丙基正丁胺)、氨基硅油、交联剂正硅酸乙酯加入捏合机混合均匀，于90-100℃下真空脱水消泡备用，记为A组分。

再将107胶、硅油、白炭黑、氨基硅油、六甲基二硅氮烷、催化剂辛酸亚锡加入捏合机混合均匀，于90-100℃下真空脱水消泡备用，记为B组分。

将A、B组分按照1:0.8-1.2质量比混合均匀，室温硫化后即得硅胶内及表面均含有活性氨基的硅胶，利于后期修复。

缩合型硅胶材料还可以为在硅胶表面引入含有环氧官能团后再对硅胶表面采用乙二胺或己二胺的乙醇溶液进行表面擦拭处理，引入氨基官能团；所述的环氧官能团包括硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、或环氧大豆油。环氧官能团占硅胶材料质量的1-10％。

对于该缩合型硅胶材料，也可通过加入含有环氧官能团的硅烷偶联剂先引入环氧基团，待需要修复时，对硅胶表面采用乙二胺或己二胺的乙醇溶液进行处理，引入氨基官能团：

具体步骤如下：

先将107胶、硅油、白炭黑、六甲基二硅氮烷、颜料、偶联剂(如γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、交联剂正硅酸乙酯加入捏合机混合均匀，于90-100℃下真空脱水消泡备用，记为A组分。

再将107胶、硅油、白炭黑、六甲基二硅氮烷、催化剂辛酸亚锡加入捏合机混合均匀，于90-100℃下真空脱水消泡备用，记为B组分。

使用时，将A、B组分按照1:0.8-1.2质量比混合均匀，室温硫化后即得硅胶内及表面均含有活性环氧基团的硅胶。

待后期需要修复时，采用质量浓度2％的乙二胺或己二胺乙醇溶液进行表面擦拭处理，于硅胶表面引入氨基官能团。

所述的硅胶为加成型硅胶材料，则在硅胶表面引入含有环氧官能团后再对硅胶表面采用乙二胺或己二胺的乙醇溶液进行表面擦拭处理，引入氨基官能团；所述的环氧官能团包括硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、或环氧大豆油。环氧官能团占硅胶材料质量的1-10％。

对于加成型硅胶材料，先通过引入含有环氧官能团，如硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、环氧大豆油、六甲基二硅氮烷，然后对硅胶表面采用乙二胺或己二胺的乙醇溶液进行处理，引入氨基官能团。

具体步骤如下：

先将450mPa·s乙烯基硅油、硅油(1000cp)、白炭黑、六甲基二硅氮烷、颜料、含活性环氧基团的物质如偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、环氧大豆油、铂配合物(Pt-115，均购于湖北泽川科技有限公司)加入捏合机混合均匀，于90-100℃下真空脱水消泡备用，记为A组分。

再将低含氢硅油(氢质量含量0.36％，750A，江西深海科技有限公司)、硅油、白炭黑、六甲基二硅氮烷加入捏合机混合均匀，于90-100℃下真空脱水消泡备用，记为B组分。

使用时，将A、B组分按照1:1.2-1.5质量比混合均匀，室温硫化后即得硅胶内及表面均含有活性环氧基团的硅胶。

待后期需要修复时，采用质量浓度为2％的乙二胺或己二胺乙醇溶液进行表面擦拭处理，于硅胶表面引入氨基官能团。

所述的瞬干胶配方中环氧官能团硅烷偶联剂包括γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、环氧大豆油、丙烯酸缩水甘油酯中的任意一种。硅烷偶联剂占瞬干胶配方质量的1-10％。

以上表面带氨基的硅胶需要修复时，可将于市场采购的瞬干胶如502，加入5％的偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，溶解均匀后即可用于上述硅胶的粘接修复。上述发明中提高硅胶与瞬干胶界面粘接强度的作用机理是：表面含氨基的硅胶与含环氧基团瞬干胶由于氨基和环氧基团之间产生反应，作为两者之间界面的“锁扣”提高界面粘接强度；另一方面，硅胶表面的氨基还可以催化瞬干胶发生阴离子聚合加速其固化，作为“活性点”从而提高两者界面粘接强度。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明。

实施例1

先将107胶100kg、硅油20kg、白炭黑20kg、六甲基二硅氮烷2kg、颜料0.1kg、偶联剂(6kgγ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、6kgγ-氨丙基三甲氧基硅烷)共12kg、氨基硅油2kg、交联剂正硅酸乙酯6kg加入捏合机混合均匀，于100℃下真空脱水消泡备用，记为A组分。

再将107胶100kg、硅油20kg、白炭黑20kg、氨基硅油2kg、六甲基二硅氮烷2kg、催化剂辛酸亚锡10kg加入捏合机混合均匀，于100℃下真空脱水消泡备用，记为B组分。

将A、B组分按照1:1质量比混合均匀，室温硫化后即得硅胶内及表面均含有活性氨基的硅胶。

于市场采购的瞬干胶502中加入5％的偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，溶解均匀。将上述硅胶用刀切成两半，在其断面表面涂覆少许上述瞬干胶，3秒即可粘接达到一定力学强度，24小时后达到最高强度，该样品记为样品1。

实施例2：

先将107胶100kg、硅油20kg、白炭黑20kg、六甲基二硅氮烷2kg颜料0.1kg、偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷15kg、交联剂正硅酸乙酯6kg加入捏合机混合均匀，于100℃下真空脱水消泡备用，记为A组分。

再将107胶100kg、硅油20kg、白炭黑20kg、六甲基二硅氮烷2kg、催化剂辛酸亚锡10kg加入捏合机混合均匀，于100℃下真空脱水消泡备用，记为B组分。

将A、B组分按照1:1质量比混合均匀，室温硫化后即得硅胶内及表面均含有活性环氧基团的硅胶。将上述硅胶用刀切成两半，在其断面表面采用质量浓度为2％的乙二胺乙醇溶液进行表面擦拭处理，即可在硅胶表面引入氨基官能团。

于市场采购的瞬干胶502中加入5％的偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，溶解均匀。涂覆少许上述瞬干胶，3秒即可粘接达到一定力学强度，24小时后达到最高强度，该样品记为样品2。

实施例3：

先将450mPa·s乙烯基硅油100kg、硅油20kg、白炭黑20kg、六甲基二硅氮烷2kg、颜料0.1kg、16kg含活性环氧基团的物质(其中偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷6kg、环氧大豆油10kg)、铂配合物1kg(Pt-115，均购于湖北泽川科技有限公司)加入捏合机混合均匀，于100℃下真空脱水消泡备用，记为A组分。

再将低含氢硅油(氢质量含量0.36％，750A，江西深海科技有限公司)100kg、硅油20kg、白炭黑20kg、六甲基二硅氮烷2kg加入捏合机混合均匀，于100℃下真空脱水消泡备用，记为B组分。

将A、B组分按照1:1.3质量比混合均匀，室温硫化后即得硅胶内及表面均含有活性环氧基团的硅胶。将上述硅胶用刀切成两半，在其断面表面采用质量浓度为2％的己二胺乙醇溶液进行表面擦拭处理，即可在硅胶表面引入氨基官能团。

于市场采购的瞬干胶502中加入5％的偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，溶解均匀。涂覆少许上述瞬干胶，3秒即可粘接达到一定力学强度，24小时后达到最高强度，该样品记为样品3。

各样品性能测试对比

由此可见，经表面氨基化改进过的硅胶不仅可以有效改善界面粘接强度，还可以加速瞬干胶固化，从而有效提高硅胶与瞬干胶界面粘接强度。

Claims (8)

1.一种提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，通过在硅胶表面引入含活性胺物质，并在瞬干胶中引入环氧官能团硅烷偶联剂，通过界面处活性胺物质催化加速瞬干胶固化，并与环氧基团反应，增强界面粘接强度。

2.根据权利要求1所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，所述的硅胶为缩合型硅胶材料，则活性胺物质为含有氨基官能团的硅烷偶联剂，具体包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷、N-3(三甲氧基硅烷)丙基正丁胺及氨基硅油、六甲基二硅氮烷中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，所述的硅胶为加成型硅胶材料，则在硅胶表面引入含有环氧官能团的物质后再对硅胶表面采用乙二胺或己二胺的乙醇溶液进行表面擦拭，引入氨基官能团；所述的含有环氧官能团的物质包括硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、或环氧大豆油。

4.根据权利要求2所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，缩合型硅胶材料还可以为在硅胶表面引入含有环氧官能团的物质后再对硅胶表面采用乙二胺或己二胺的乙醇溶液进行表面擦拭，引入氨基官能团；所述的含有环氧官能团的物质包括硅烷偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、或环氧大豆油。

5.根据权利要求1所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，所述的瞬干胶配方中环氧官能团硅烷偶联剂包括γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求1或2所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，活性胺物质占硅胶材料质量的1-10%。

7.根据权利要求1或3或4所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，环氧官能团占硅胶材料质量的1-10%。

8.根据权利要求1或5所述的提高硅胶表面材料与瞬干胶粘接强度的方法，其特征在于，环氧官能团硅烷偶联剂占瞬干胶配方质量的5%。