CN111218116A - 一种低模量高强度的硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硅橡胶技术领域，特别涉及一种低模量高强度硅橡胶及其制备方法。本发明的硅橡胶，包括A组分和B组分；所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷60％‑80％、气相法白炭黑14.5％‑38％、铂金催化剂0.1％‑0.5％、表面处理剂1％‑5％；所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷60％‑80％、气相法白炭黑15％‑35％、端含氢聚硅氧烷1％‑5％、低聚含氢聚硅氧烷0.5％‑5％、表面处理剂1％‑5％、抑制剂0.01％‑0.5％、改性硅烷偶联剂0.4％‑3.5％。本发明的硅橡胶具有低模量和高强度、低硬度以及较好拉伸强度、抗撕强度，具有粘接性、防水密封性，性能好。

Description

一种低模量高强度的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，特别涉及一种低模量高强度硅橡胶及其制备方法。
背景技术
硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶，是一种能耐高低温(-65℃～250℃)、具有优异性能的高分子弹性体材料。然而，由于传统硅橡胶分子柔性大，分子链间相互作用力弱，在低硬度下的拉伸强度和抗撕强度较差，并且压缩形变值大于30％，导致其无法兼顾强度与硬度，在实际应用中往往容易断裂以及形变。此外，传统硅橡胶还具有密封性差、硬度过高、物性差等缺点，在一些领域的应用中具有局限性。
在电子、汽车以及航空领域需要硅橡胶具有较好拉伸强度、抗撕强度以及低硬度，因此亟待开发一种具有所需性能的硅橡胶。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低模量高强度的硅橡胶及其制备方法。本发明的硅橡胶具有低模量和高强度，有效兼顾低硬度以及较好拉伸强度、抗撕强度，同时具有粘接性、防水密封性，综合性能良好。
本发明采用以下技术方案：
一种低模量高强度的硅橡胶，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷60％-80％、气相法白炭黑14.5％-38％、铂金催化剂0.1％-0.5％、表面处理剂1％-5％；
所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷60％-80％、气相法白炭黑15％-35％、端含氢聚硅氧烷1％-5％、低聚含氢聚硅氧烷0.5％-5％、表面处理剂1％-5％、抑制剂0.01％-0.5％、改性硅烷偶联剂0.4％-3.5％。
优选地，所述乙烯基聚硅氧烷的乙烯基含量为0.08％-0.5％。
本发明中，所述乙烯基聚硅氧烷的两段为乙烯基封端。具体地，所述乙烯基聚硅氧烷选自江西蓝星星火有机硅有限公司629V20000。
优选地，所述气相法白炭黑的比表面为200-300m2/g。
本发明中，气相法白炭黑的比表面对产品的机械强度和透明度都有影响，比表面越大强度越好，透明度越高。选择比表面为200-300m2/g的气相法白炭黑能有效提高本发明产品的强度以及透明度。
优选地，所述铂金催化剂为氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物。
优选地，所述表面处理剂为六甲基二硅氮烷、N,N-二苄基羟胺或二乙基羟胺中的一种或多种。
进一步优选地，所述表面处理剂为六甲基二硅氮烷和N,N-二苄基羟胺，或
六甲基二硅氮烷和二乙基羟胺。
本发明中，表面处理剂用于处理气相法白炭黑表面的基团。
优选地，所述端含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.1％-2％；所述低聚含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.5％-2％，聚合度为23-30。在本发明中，低聚含氢聚硅氧烷中的“低聚”是指聚合度在23-30的范围内。
本发明中，端含氢聚硅氧烷、低聚含氢聚硅氧烷中的氢质量对产品的交联密度、硬度、物性强度有较大影响，交联密度越大硬度越高，伸长率相对更低。本发明通过选择合适的氢质量百分比的端含氢聚硅氧烷和低聚含氢聚硅氧烷，并且将其适当配比，赋予产品良好的综合性能。
优选地，所述抑制剂为乙烯基环体。
优选地，所述改性硅烷偶联剂通过以下方法制备：
将硅烷偶联剂、含活性基团的萜烯树脂、铂金催化剂混合均匀，加热至60-80℃，加入高含氢硅油，反应2-3小时，然后在70-80℃下脱低；
其中，所述硅烷偶联剂为A-171或KH-570中的一种或两种；所述含活性基团的萜烯树脂为α-蒎烯萜烯树脂；所述高含氢硅油的含氢量为1.4％-1.65％；
所述硅烷偶联剂、含活性基团的萜烯树脂、高含氢硅油的质量比为2-4:1-2:3-4；所述铂金催化剂的量为3-4ppm。
本发明中，通过对硅烷偶联剂进行改性，制备得到改性硅烷偶联剂。改性硅烷偶联剂可以提高产品的粘接附着力，赋予产品对不同的材料的粘接性能。
具体地，所述的α-蒎烯萜烯树脂选自杰士曼石油化工有限公司KD-C90。所述高含氢硅油中的“高含氢”是指含氢量在1.4％-1.65％范围内，高含氢硅油可选自日本信越的KF-99。一般地，在改性硅烷偶联剂的制备中，铂金催化剂可以选择与A组分、B组分中的铂金催化剂一样的组分，也可以根据本领域的常规铂金催化剂进行选择。
优选地，所述A组分和B组分的质量比为1:1。
上述的硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
A组分的制备：
将配方量的60％-80％的乙烯基聚硅氧烷、配方量的气相法白炭黑、配方量的表面处理剂混合均匀，加热至140-190℃，抽真空反应1-4小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷、配方量的铂金催化剂，得到A组分；
B组分的制备：
将配方量的60％-80％的乙烯基聚硅氧烷、配方量的气相法白炭黑、配方量的表面处理剂混合均匀，加热至140-190℃，抽真空反应1-4小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷、配方量的低聚含氢聚硅氧烷、配方量的端含氢聚硅氧烷、配方量的抑制剂、配方量的改性硅烷偶联剂，得到B组分；
将A组分和B组分混合均匀，在80-150℃下硫化5-30分钟，得到硅橡胶。
本发明的有益效果
(1)本发明在B组分中选择加入端含氢聚硅氧烷作为原料，能够有效降低硅橡胶的硬度以及提高强度，使其具有低模量、高拉伸强度和抗撕强度；通过端含氢聚硅氧烷、低聚含氢聚硅氧烷中的氢质量选择以及两者的配比，实现产品良好的综合性能；通过采用改性硅烷偶联剂，能够提高产品的粘接性、防水密封性，使其广泛应用于金属、塑料等基材；以六甲基二硅氮烷与羟胺类化合物作为表面处理剂，能够提高了硅橡胶的储存稳定性；
(2)本发明的制备方法简单，易操作，制备的硅橡胶硫化后为柔软的低压缩形变弹性材料、环保无毒、综合性能良好，满足于低压缩形变、复杂形状或高精密度的各个领域。
具体实施方式
下面通过具体实施方式详细说明本发明。
实施例1
一种低模量高强度的硅橡胶，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 70％、气相法白炭黑24.7％、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物0.3％、六甲基二硅氮烷4.8％、N,N-二苄基羟胺0.2％；
所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 67.5％、气相法白炭黑23.4％、端含氢聚硅氧烷1.5％、低聚含氢聚硅氧烷0.5％、六甲基二硅氮烷4.8％、二乙基羟胺0.2％、乙烯基环体0.1％、改性硅烷偶联剂2％；
其中，所述气相法白炭黑的比表面为200m2/g；所述端含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.1％；所述低聚含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.5％，聚合度为23-30。
上述的硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
改性硅烷偶联剂的制备：
将硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂KH-570、α-蒎烯萜烯树脂KD-C90、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物混合均匀，加热至75℃，加入高含氢硅油KF-99，反应2小时，然后在80℃下脱低；
其中，所述硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂KH-570、α-蒎烯萜烯树脂KD-C90、高含氢硅油KF-99的质量比为1:1:1:3；所述氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物的量为3ppm；
A组分的制备：
将配方量的60％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷、N,N-二苄基羟胺混合均匀，加热至140℃，抽真空反应3小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷、配方量的氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物，得到A组分；
B组分的制备：
将配方量的60％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷、二乙基羟胺混合均匀，加热至160℃，抽真空反应3小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷、配方量的低聚含氢聚硅氧烷、配方量的端含氢聚硅氧烷、配方量的乙烯基环体、配方量的改性硅烷偶联剂，得到B组分；
按照质量比为1:1，将A组分和B组分混合均匀，在125℃下硫化5分钟，得到硅橡胶。
实施例2
一种低模量高强度的硅橡胶，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 70％、气相法白炭黑25.5％、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物0.3％、六甲基二硅氮烷4.1％、N,N-二苄基羟胺0.1％；
所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 68％、气相法白炭黑23.8％、端含氢聚硅氧烷1.2％、低聚含氢聚硅氧烷0.8％、六甲基二硅氮烷4％、二乙基羟胺1％、乙烯基环体0.2％、改性硅烷偶联剂1％；
其中，所述气相法白炭黑的比表面为300m2/g；所述端含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.2％；所述低聚含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.8％，聚合度为23-30。
上述的硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
改性硅烷偶联剂的制备：
将硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂KH-570、α-蒎烯萜烯树脂KD-C90、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物混合均匀，加热至75℃，加入高含氢硅油KF-99，反应2小时，然后在80℃下脱低；
其中，所述硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂KH-570、α-蒎烯萜烯树脂KD-C90、高含氢硅油KF-99的质量比为1:1:1:3；所述氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物的量为3ppm；
A组分的制备：
将配方量的80％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷、N,N-二苄基羟胺混合均匀，加热至150℃，抽真空反应4小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物，得到A组分；
B组分的制备：
将配方量的80％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷、二乙基羟胺混合均匀，加热至150℃，抽真空反应4小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的低聚含氢聚硅氧烷、配方量的端含氢聚硅氧烷、配方量的乙烯基环体、配方量的改性硅烷偶联剂，得到B组分；
按照质量比为1:1，将A组分和B组分混合均匀，在150℃下硫化5分钟，得到硅橡胶。
实施例3
一种低模量高强度的硅橡胶，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 69.2％、气相法白炭黑25.5％、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物0.3％、六甲基二硅氮烷4％、N,N-二苄基羟胺1％；
所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 68％、气相法白炭黑24.2％、端含氢聚硅氧烷1％、低聚含氢聚硅氧烷1％、六甲基二硅氮烷4％、二乙基羟胺1％、乙烯基环体0.3％、改性硅烷偶联剂0.5％；
其中，所述气相法白炭黑的比表面为300m2/g；所述端含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.3％；所述低聚含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.7％，聚合度为23-30。
上述的硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
改性硅烷偶联剂的制备：
将硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂KH-570、α-蒎烯萜烯树脂KD-C90、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物混合均匀，加热至80℃，加入高含氢硅油KF-99，反应2小时，然后在80℃下脱低；
其中，所述硅烷偶联剂A-171、硅烷偶联剂KH-570、α-蒎烯萜烯树脂KD-C90、高含氢硅油KF-99的质量比为2:2:2:3；所述氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物的量为4ppm；
A组分的制备：
将配方量的80％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷、N,N-二苄基羟胺混合均匀，加热至190℃，抽真空反应1小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物，得到A组分；
B组分的制备：
将配方量的80％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷、二乙基羟胺混合均匀，加热至190℃，抽真空反应1小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的低聚含氢聚硅氧烷、配方量的端含氢聚硅氧烷、配方量的乙烯基环体、配方量的改性硅烷偶联剂，得到B组分；
按照质量比为1:1，将A组分和B组分混合均匀，在100℃下硫化20分钟，得到硅橡胶。
对比例1
一种硅橡胶，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 70％、气相法白炭黑24.7％、氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物0.3％、六甲基二硅氮烷5.0％。
所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷629V20000 67.5％、气相法白炭黑23.4％、低聚含氢聚硅氧烷2.0％、六甲基二硅氮烷4.8％、乙烯基环体0.1％、硅烷偶联剂KH-570 2.2％；
其中，所述气相法白炭黑的比表面为200m2/g；所述低聚含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.5％，聚合度为23-30。
上述的硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
A组分的制备：
将配方量的80％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷混合均匀，加热至190℃，抽真空反应1小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物，得到A组分；
B组分的制备：
将配方量的80％的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的气相法白炭黑、配方量的六甲基二硅氮烷混合均匀，加热至190℃，抽真空反应1小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷629V20000、配方量的低聚含氢聚硅氧烷、配方量的乙烯基环体、配方量的硅烷偶联剂KH-570，得到B组分；
按照质量比为1:1，将A组分和B组分混合均匀，在100℃下硫化20分钟，得到硅橡胶。
实验例1
对实施例1-3的低模量高强度的硅橡胶、对比例1的硅橡胶进行测试，检测标准以及测试结果如表1所示。
表1
检测项目 检测标准 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
混合粘度(mPa.s) GBT2794-2013 48000 51000 52000 55000
硬度(邵氏A) GBT531.1-2008 15 20 18 35
拉伸强度(Mpa) GBT528-2009 4.5 4 3.9 4.2
伸长率(％) GBT528-2009 1050 600 680 280
撕裂强度(kN/M) GBT529-2008 12.8 10.3 9.8 11.6
高温增稠(mPa.s) 150℃*180min 58000 153000 125300 350000
与铝粘接内聚破坏(％) GBT16997-1997 100 95 85 80
与PC粘接内聚破坏(％) GBT16997-1998 100 95 90 50
与铜粘接内聚破坏(％) GBT16997-1999 100 100 90 30
与不锈钢粘接内聚破坏(％) GBT16997-2000 95 95 50 20
由表1可知，实施例1-3的低模量高强度的硅橡胶具有较低的硬度、良好的拉伸强度以及撕裂强度，表明本发明的硅橡胶具有低模量、高强度的性质。在粘接性能测试中，实施例1-3的硅橡胶体现出较好的粘接性，表明了其对不同材料具有广泛的粘接性、防水密封性，综合性能良好。

Claims (10)

1.一种低模量高强度的硅橡胶，其特征在于，包括A组分和B组分；
所述A组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷60％-80％、气相法白炭黑14.5％-38％、铂金催化剂0.1％-0.5％、表面处理剂1％-5％；
所述B组分包括以下按重量百分比计的原料：乙烯基聚硅氧烷60％-80％、气相法白炭黑15％-35％、端含氢聚硅氧烷1％-5％、低聚含氢聚硅氧烷0.5％-5％、表面处理剂1％-5％、抑制剂0.01％-0.5％、改性硅烷偶联剂0.4％-3.5％。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述乙烯基聚硅氧烷的乙烯基含量为0.08％-0.5％。
3.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述气相法白炭黑的比表面为200-300m2/g。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述铂金催化剂为氯铂酸四甲基二乙烯基二硅氧烷络合物。
5.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述表面处理剂为六甲基二硅氮烷、N,N-二苄基羟胺或二乙基羟胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述端含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.1％-2％；所述低聚含氢聚硅氧烷的氢质量百分比为0.5％-2％，聚合度为23-30。
7.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述抑制剂为乙烯基环体。
8.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述改性硅烷偶联剂通过以下方法制备：
将硅烷偶联剂、含活性基团的萜烯树脂、铂金催化剂混合均匀，加热至60-80℃，加入高含氢硅油，反应2-3小时，然后在70-80℃下脱低；
其中，所述硅烷偶联剂为A-171或KH-570中的一种或两种；所述含活性基团的萜烯树脂为α-蒎烯萜烯树脂；所述高含氢硅油的含氢量为1.4％-1.65％；
所述硅烷偶联剂、含活性基团的萜烯树脂、高含氢硅油的质量比为2-4:1-2:3-4；所述铂金催化剂的量为3-4ppm。
9.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述A组分和B组分的质量比为1:1。
10.权利要求1-9中任一项所述的硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A组分的制备：
将配方量的60％-80％的乙烯基聚硅氧烷、配方量的气相法白炭黑、配方量的表面处理剂混合均匀，加热至140-190℃，抽真空反应1-4小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷、配方量的铂金催化剂，得到A组分；
B组分的制备：
将配方量的60％-80％的乙烯基聚硅氧烷、配方量的气相法白炭黑、配方量的表面处理剂混合均匀，加热至140-190℃，抽真空反应1-4小时，停止抽真空，再加入剩余量的乙烯基聚硅氧烷、配方量的低聚含氢聚硅氧烷、配方量的端含氢聚硅氧烷、配方量的抑制剂、配方量的改性硅烷偶联剂，得到B组分；
将A组分和B组分混合均匀，在80-150℃下硫化5-30分钟，得到硅橡胶。
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