CN110776871A - 室温脱醇硅酮胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种室温脱醇硅酮胶粘剂及其制备方法，所述室温脱醇硅酮胶粘剂，按质量份数计算，包括70～90质量份的基胶、1～5质量份的交联剂1、1～5质量份的交联剂2、3～10质量份的交联剂3、1～15质量份的偶联剂；其中，基胶包括50～70质量份的端羟基聚二有机基硅氧烷、0.5～3质量份的气相二氧化硅和30～50质量份的碳酸钙；交联剂1为二乙胺基甲基三乙氧基硅烷；交联剂2为二氯甲基三乙氧硅烷；交联剂3为四乙氧基硅烷；偶联剂为KH550、KH560、KH570中的两种或三种组合。本发明通过对特定组份及含量优化处理，制备了表干速度、硫化速度和强度、粘结性能均优异的室温脱醇硅酮胶粘剂。

Description

室温脱醇硅酮胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅酮胶粘剂领域，更具体地，涉及一种室温脱醇硅酮胶粘剂及其制备方法。

背景技术

胶粘剂属于六大高分子材料(胶粘剂、涂料、塑料、橡胶、纤维、高分子基复合材料)之一，主要分为硅酮胶粘剂、环氧树脂类胶粘剂、丙烯酸类胶粘剂、聚氨酯类胶粘剂、合成橡胶类胶粘剂五大类，其中，硅酮胶粘剂以硅-氧链节(-Si-O-)为主链，侧链则通过各种有机基团与硅原子相连，因此，又称有机硅或聚硅氧烷胶粘剂。

硅酮胶粘剂的固化机理为线性有机硅聚合物与交联剂交联固化形成三维网状结构，在耐高温、耐候性、电气绝缘性、不易燃等方面较其它类胶粘剂具有突出的优势，广泛应用于建筑、电子电器等行业。

硅酮胶粘剂按固化温度可分为室温固化和加热固化两种类型，每种类型按固化机理分为缩合固化和加成固化两种，缩合固化即有机硅聚合物与交联剂发生缩合反应，生成固化后的硅胶和副产物，固化过程中需要水气；加成固化即有机硅聚合物与交联剂发生加成反应，固化过程中不需要水气，也不产生副产物。

室温缩合固化类硅酮胶粘剂按固化脱除基团可分为脱醇型、脱醋酸型、脱酮肟型，其中，脱醇型硅酮胶粘剂由于在交联固化过程中释放出无毒无腐蚀性的小分子醇类，且对基材无腐蚀性，无需高温固化，操作便利，成为防水防潮封装工艺的第一选择，但是，脱醇型硅酮胶粘剂硫化速度慢，且粘结性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粘结性改善且硫化速度快的室温脱醇硅酮胶粘剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种室温脱醇硅酮胶粘剂，按质量份数计算，包括70～90质量份的基胶、1～5质量份的交联剂1、1～5质量份的交联剂2、3～10质量份的交联剂3、0.3～5质量份的偶联剂1和0.3～5质量份的偶联剂2；其中，所述基胶包括50～70质量份的端羟基聚二有机基硅氧烷、0.5～3质量份的疏水性气相二氧化硅和30～50质量份的有机物包覆处理改性的碳酸钙；所述交联剂1为二乙胺基甲基三乙氧基硅烷，其分子式为C₁₁H₂₇NO₃Si；所述交联剂2为二氯甲基三乙氧硅烷，其分子式为C₇H₁₆Cl₂O₃Si；所述交联剂3为四乙氧基硅烷，其分子式为C₈H₂₀O₄Si；所述偶联剂1为KH550；所述偶联剂2为KH560；所述端羟基聚二有机基硅氧烷包含两种或两种以上粘度不同的端羟基聚二有机基硅氧烷。优选地，还包括0.3～5质量份的偶联剂3，所述偶联剂3为KH570。

上述端羟基聚二有机基硅氧烷为构成胶粘剂的基础有机硅聚合物，主要提供硅-氧链节(-Si-O-)的主链，侧链则通过各种有机基团与硅原子相连，通过不同高低粘度配合，可以使端羟基聚二有机基硅氧烷的综合性能达到最好。优选地，所述端羟基聚二有机基硅氧烷为α，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷，所述α，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷在25℃下的粘度范围为8000～200000mPa·s，所述α，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷具有如下通式表示的结构：

R¹ _aR² _bSiO_(4-a-b)/2，

其中，R¹为甲基；R²为羟基；a的取值范围为1.8<a<2.5，b的取值范围为0<b<0.6。

优选地，所述端羟基聚二有机基硅氧烷的羟基质量分数含量范围为6％～12％，羟基质量分数太低，体系的粘度偏大，不利于无机物粉体的分散；质量分数太高，端羟基聚二有机基硅氧烷的分子量太低，基胶的物理性能太差。

上述气相二氧化硅和碳酸钙为补强填料，属于无机物，单纯的基础有机硅聚合物的机械强度和抗拉伸强度都很弱，无实用价值，需要通过增加补强填料提高机械强度和抗拉伸强度，避免出现开裂现象。由于气相二氧化硅和碳酸钙的粒度不同，气相二氧化硅一般为纳米级，碳酸钙一般为微米级，本发明采用不同粒度的补强填料，不仅可以增强补强强度，而且增加填料在基础有机硅聚合物中的分散度，避免粒径过小的气相二氧化硅在制备过程中自发的自聚合反应。由于上述补强填料为无机物，为了增强无机物在有机硅聚合物中的分散度，优选地，采用疏水性的气相二氧化硅，以及采用有机物包覆处理改性的碳酸钙，进一步地，可以通过缩小粒径以及增加比表面积的方法增强与有机硅聚合物的结合力和分散度，优选地，所述疏水性气相二氧化硅的比表面积为200m²/g～400m²/g，粒径为5nm～200nm；所述有机物包覆处理改性的碳酸钙的粒径为0.1um～10um。

优选地，所述疏水性气相二氧化硅为经二甲基二氯硅烷改性处理所述气相二氧化硅获得，处理过的二氧化硅具有较高的触变性和补强性。

优选地，所述碳酸钙为表面经过钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸或铝酸酯偶联剂等有机物包覆处理改性，未处理的碳酸钙与树脂的相容性较差，容易造成碳酸钙在高聚物基料中分散不均，降低材料的机械强度，同时，随着时间的延长，由于碳酸钙与树脂硅油的密度不同，碳酸钙会在体系中沉降下来，导致分层。

在固化过程中，上述交联剂与基础有机硅聚合物发生脱醇缩合硫化反应，形成三维网状结构，硫化时间过短，硫化程度不足，硫化时间过长，硫化程度过高，只有适宜的硫化程度，才能保证最佳的综合性能。

固化过程可分为初固化、基本固化和后固化三个时间段，初固化即胶粘剂经过一段时间达到一定的强度，胶表面已固化不发黏，即表干时间，此时，胶的内聚强度及粘附性能均很低，基本固化即大部分胶已参加反应，并达到一定的交联程度，后固化则为进一步补充固化，消除内应力，现有技术中的后固化阶段通常需要较长时间，大约几天时间。

交联剂的选择对胶粘剂整体的硫化速度和粘结强度具有决定性作用。本发明选择三种不同硫化速度和硫化强度的交联剂互相配合，交联剂1硫化速度快，交联剂2硫化速度慢，一快一慢搭配，可以达到最佳的硫化速度和硫化强度，交联剂3含有Q结构的链节，可以增强胶粘剂整体的强度，避免在后固化过程中内应力过大导致的开裂现象，降低后固化阶段的时间，因此，上述三种交联剂互相配合，达到最佳的硫化速度和硫化强度，将整个固化时间缩短到1h甚至30min以内，并且不会产生内应力过大造成的开裂现象。

上述偶联剂中的环氧基、氨基、酰氧基等有机基团，可以与胶粘剂中的羟基聚二甲基硅氧烷中有机官能团发生化学结合，偶联剂中的甲氧基、乙氧基易水解成硅醇与无机材料(尤其是陶瓷、玻璃)等表面的氧化物及羟基反应，生成稳定的硅氧键。因此，通过使用上述偶联剂，可在无机物质和有机物质的截面之间架起“分子桥”，把两种性质完全不同的材料连接在一起，这样就有效地改善了界面层的粘结强度。

所述基胶还可以包括0.5～3质量份的颜料等。

本发明还公开了上述室温脱醇硅酮胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

制备基胶：分别称取上述的配比的端羟基聚二有机基硅氧烷、疏水性气相二氧化硅和有机物包覆处理改性的碳酸钙，混合、研磨，之后，在真空条件下，在100℃～150℃的温度下热处理1h～5h，冷却至室温，得到基胶。具体的，分别称取上述的配比的端羟基聚二有机基硅氧烷、疏水性气相二氧化硅和有机物包覆处理改性的碳酸钙混合后，用研磨机研磨2～3遍后，转移至捏合机中，在真空-0.04～-0.1MPa下，在100℃～150℃热处理1-5个小时，冷却至室温，得到基胶。

制备所述室温脱醇硅酮胶粘剂：分别称取上述的配比的基胶、交联剂1、交联剂2、交联剂3、偶联剂1和偶联剂2，将所述基胶、所述交联剂1、所述交联剂2、所述交联剂3、所述偶联剂1和所述偶联剂2在真空条件下搅拌均匀，并分装至硅胶筒，得到所述室温脱醇硅酮胶粘剂；具体的，将所述基胶、所述交联剂1、所述交联剂2、所述交联剂3、所述偶联剂1和所述偶联剂2放入真空搅拌机，设置真空度-0.04～-0.01MPa，真空搅拌30min，分装至硅胶筒。

其中，所述交联剂1为二乙胺基甲基三乙氧基硅烷；

所述交联剂2为二氯甲基三乙氧硅烷；

所述交联剂3为四乙氧基硅烷；

所述偶联剂1为KH550；

所述偶联剂2为KH560；

所述端羟基聚二有机基硅氧烷包含两种或两种以上粘度不同的端羟基聚二有机基硅氧烷。

综上所述，本发明通过优选特定组份及含量的基础有机硅聚合物、交联剂、补强填充剂和偶联剂，制备了表干速度快(小于2min)、硫化速度快(小于1h，甚至小于30min)、硫化强度高、粘结性能强、不开裂等高性能的室温脱醇硅酮胶粘剂，尤其适用于粘结和密封陶瓷及ABS(工程塑料)材料。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的室温脱醇硅酮胶粘剂主要用于电磁炉面板(玻璃材质)与塑胶框(ABS材质)的粘结，其中，电磁炉面板的重量较重，胶粘剂需要有较大的强度。本发明要解决的技术问题是缩短电磁炉面板与塑胶框的粘结时间，即缩短胶粘剂的表干时间和交联时间，同时，保证粘结强度，客户提出的要求是点胶1h后，压载8KG的重物，压制30min，电磁炉面板与塑胶框不开裂。

实施例1

制备基胶：

将48质量份羟基质量分数为8％端羟基聚二甲基硅氧烷，粘度为10000mPa·s，7质量份羟基质量分数为7％的端羟基聚二甲基硅氧烷，粘度为20000mPa·s，5质量份羟基质量分数为6％端羟基聚二甲基硅氧烷，粘度为50000mPa·s，2质量份经二甲基二氯硅烷处理过的疏水性气相二氧化硅(比表面积为200m²/g～400m²/g，粒径为5nm～200nm)，37质量份KH570处理过的碳酸钙(粒径为0.1um～10um)，1质量份炭黑(黑色颜料)混合，研磨2～3遍，转移至捏合机中，在真空-0.04MPa～-0.1MPa下，在100℃～150℃热处理4个小时，冷却至室温，得到基胶。

制备胶粘剂：

取85质量份的上述基胶，加入2质量份二乙胺基甲基三乙氧基硅烷(交联剂1)、2质量份二氯甲基三乙氧硅烷(交联剂2)、10质量份四乙氧基硅烷(交联剂3)，加入0.5质量份KH550，0.5质量份的KH560，放入真空搅拌机，设置真空度-0.04～-0.01MPa，真空搅拌30min，分装至硅胶筒，得到室温硅酮密封胶。

实施例2～10

以下各实施例的制备方法均与实施例1相同，仅调整各组份的质量份数配比，各实施例制备的室温脱醇硅酮胶粘剂的各组份及含量如下表1所示。

本发明还给出了对比例1～3的各组份的质量份数配比，制备步骤与实施例1相同，仅调整各组份的质量份数配比，参见表1。

各实施例及对比例制备的室温脱酮硅酮胶粘剂的性能是否满足客户的需求，检测结果如表2所示。

由对比例1～3和各实施例相比可知，基胶的质量很重要，需配置粘度、强度和均匀度均较佳的基胶，因此，需要使用包含两种或两种以上粘度不同的端羟基聚二有机基硅氧烷、疏水处理过的气相二氧化硅、以及有机物包覆处理改性的碳酸钙。

由对比例4和各实施例相比可知，交联剂3是必要组份，否则强度难以满足对于重量较重的电磁炉面板与塑胶框架的粘结。实施例7～10制备的胶粘剂性能最好，在保证粘结性能的前提下干胶时间最短，优选的交联剂配比为：交联剂1和交联剂2为1.5重量份，交联剂3为7重量份。

表1：各实施例及对比例制备的室温脱醇硅酮胶粘剂的各组份及含量

表2：各实施例及对比例制备的室温脱酮硅酮胶粘剂的性能检测结果

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，按质量份数计算，包括70～90质量份的基胶、1～5质量份的交联剂1、1～5质量份的交联剂2、3～10质量份的交联剂3、0.3～5质量份的偶联剂1和0.3～5质量份的偶联剂2；

其中，所述基胶包括50～70质量份的端羟基聚二有机基硅氧烷、0.5～3质量份的疏水性气相二氧化硅和30～50质量份的有机物包覆处理改性的碳酸钙；

所述交联剂1为二乙胺基甲基三乙氧基硅烷；

所述交联剂2为二氯甲基三乙氧硅烷；

所述交联剂3为四乙氧基硅烷；

所述偶联剂1为KH550；

所述偶联剂2为KH560；

所述端羟基聚二有机基硅氧烷包含两种或两种以上粘度不同的端羟基聚二有机基硅氧烷。

2.根据权利要求1所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述端羟基聚二有机基硅氧烷为α，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷，所述α，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷在25℃下的粘度范围为8000～200000mPa·s，所述α，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷具有如下通式表示的结构：

R¹ _aR² _bSiO_(4-a-b)/2，

其中，R¹为甲基；R²为羟基；a的取值范围为1.8<a<2.5，b的取值范围为0<b<0.6。

3.根据权利要求2所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述端羟基聚二有机基硅氧烷的羟基质量分数含量范围为6％～12％。

4.根据权利要求1或2或3所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述疏水性气相二氧化硅为经二甲基二氯硅烷改性处理所述气相二氧化硅获得。

5.根据权利要求4所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述疏水性气相二氧化硅的比表面积为200m²/g～400m²/g，粒径为5nm～200nm。

6.根据权利要求1或2或3所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述有机物包覆处理改性的碳酸钙为经钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸或铝酸酯偶联剂的有机物包覆改性处理所述碳酸钙获得。

7.根据权利要求6所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述有机物包覆处理改性的碳酸钙的粒径为0.1um～10um。

8.根据权利要求1或2或3所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，所述疏水性气相二氧化硅的比表面积为200m²/g～400m²/g，粒径为5nm～200nm；所述有机物包覆处理改性的碳酸钙的粒径为0.1um～10um。

9.根据权利要求1所述的室温脱醇硅酮胶粘剂，其特征在于，还包括0.3～5质量份的偶联剂3，所述偶联剂3为KH570。

10.一种如权利要求1～9任意一项所述的室温脱醇硅酮胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备基胶：分别称取如权利要求1所述的配比的端羟基聚二有机基硅氧烷、疏水性气相二氧化硅和有机物包覆处理改性的碳酸钙，混合、研磨，之后，在真空条件下，在100℃～150℃的温度下热处理1h～5h，冷却至室温，得到基胶；

制备所述室温脱醇硅酮胶粘剂：分别称取如权利要求1所述的配比的基胶、交联剂1、交联剂2、交联剂3、偶联剂1和偶联剂2，将所述基胶、所述交联剂1、所述交联剂2、所述交联剂3、所述偶联剂1和所述偶联剂2在真空条件下搅拌均匀，并分装至硅胶筒，得到所述室温脱醇硅酮胶粘剂；

其中，所述交联剂1为二乙胺基甲基三乙氧基硅烷；

所述交联剂2为二氯甲基三乙氧硅烷；

所述交联剂3为四乙氧基硅烷；

所述偶联剂1为KH550；

所述偶联剂2为KH560；

所述端羟基聚二有机基硅氧烷包含两种或两种以上粘度不同的端羟基聚二有机基硅氧烷。