CN111253756B - 一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于硅橡胶技术领域，具体涉及一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶及其制备方法和应用。本发明耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶，包括以下组分及其质量份数：乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.21％‑0.25％的甲基乙烯基硅橡胶生胶50～70份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.4％‑0.6％的甲基乙烯基硅橡胶生胶30～50份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为3.5％‑5.5％的硅树脂0.5～10份，改性气相法白炭黑25～50份，六甲基二硅氮烷4～10份，蒸馏水0.5～3份，耐热剂2～10份。本发明硅橡胶在具有耐热性好，强度高，伸长率大等优点的同时，还具有优异的耐高温水蒸气性能，适用于制作高温蒸汽密封件。

Description

一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于硅橡胶技术领域，具体涉及一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶及其制备方法和应用。
背景技术
硅橡胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代的特点：耐候性能好、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。但耐高温水蒸气不佳。
硅橡胶及其密封产品广泛应用于现代工业、国防工业和日常生活用品中。可用于电子工业的导电硅橡胶、液晶显示触点件、电视机阳极罩、讯号传输用电缆、电线、电气接头、计算机键盘；弹性硅橡胶加热带、加热片可用于控制精密仪表和油田用输油管的工作温度。在建筑工业中广泛用于玻璃材料的室温硫化硅橡胶粘合材料及填充、嵌缝材料，盥洗用具的防水赌漏，水泥连接处密封，硅橡胶也可用于门窗的密封。在汽车工业中用于电子零件、电器装配件的灌封材料、挡风玻璃、车门窗及车身的密封，凸轮轴、阀盖和油箱底壳静密封、各种衬垫和减震制品。无味、无嗅、无毒的特性，使其在家用电器和食品行业上也有很好的应用。在宇航、航空工业中也广泛应用，如氧气面罩密封开关、防水罩、垫片、气密性密封及减震等材料。硅橡胶在医药领域也有着各种各样的应用，包括医疗密封件、植入性及非植入性人造器官、医疗器具等。
目前开发的硅橡胶普遍存在耐水蒸气性能差的问题，而适用于高温蒸汽密封件的制作，在具有优良的耐水蒸气性能的同时，又具有强度好、伸长率大等优点的耐高温水蒸气硅橡胶更是较少。基于上述情况，研发出一种不仅具有优异的耐高温水蒸气性能，还具有优异的物理性能的耐高温水蒸气硅橡胶尤为重要。
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耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶及其制备方法和应用。本发明提供的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶在具有耐热性好，强度高，伸长率大等优点的同时，还具有优异的耐高温水蒸气性能，用于制作高温蒸汽密封件上，具有良好的应用前景。
本发明的技术方案是：
一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶，包括以下组分及其质量份数：乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.21％-0.25％的甲基乙烯基硅橡胶生胶30～70份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.05％-0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶30～70份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为3.5％-5.5％的硅树脂0.5～10份，改性气相法白炭黑25～50份，六甲基二硅氮烷4～10份，蒸馏水0.5～3份，耐热剂2～10份。
进一步地，所述的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶，包括以下组分及其质量份数：
乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.23％的甲基乙烯基硅橡胶生胶60份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶40份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为4％的硅树脂3份，改性气相法白炭黑30份，六甲基二硅氮烷6份，蒸馏水2份，耐热剂5份。
进一步地，所述改性气相法白炭黑的制备方法为：
(1)向改性剂中加入体积分数为20-30％的乙醇水溶液，制成改性剂的质量分数为10-20％的改性液；
(2)将气相法白炭黑加入到步骤(1)所得改性液中，气相法白炭黑与改性液的质量比为1:8，超声分散3-6min，得混合液；
(3)将步骤(2)所得混合液水浴加热至60-70℃，恒温搅拌，搅拌速度为500-800r/min，搅拌时间为1-2h，得物料；
(4)将步骤(3)所得物料进行干燥，研磨，即得。
进一步地，所述改性气相法白炭黑的制备方法步骤(1)中所述改性剂由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比8-10:1-3组成。
进一步地，所述改性剂由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10:3组成。
进一步地，所述改性气相法白炭黑的制备方法步骤(2)中所述气相法白炭黑的比表面积为200～300m2/g。
进一步地，所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比5-9:1-3组成。
进一步地，所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比7:2组成。
进一步地，所述耐热剂A由纳米氧化铈和纳米二氧化钛按质量比2-5:8-12组成，所述耐热剂B为苯基乙烯基硅油。
进一步地，所述耐热剂A由纳米氧化铈和纳米二氧化钛按质量比4:9组成。
另外，本发明还提供了耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法，步骤如下：
将不同乙烯基摩尔含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶、硅树脂、改性气相法白炭黑、六甲基二硅氮烷和蒸馏水一起投入密炼机中，炼胶，炼胶过程中保持温度在55～65℃，搅拌3～5h后，返练抽真空升温至170℃处理3h，降温冷却后，再加入耐热剂到密炼机中，经50～60℃混匀，得到耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶。
本发明的另一目的在于提供所述的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶在制备高温蒸汽密封件中的应用。
本发明通过不同乙烯基摩尔含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶搭配硅树脂使用，可在硫化过程中形成较高的交联密度，显著提高硅橡胶的耐高温水蒸气性能；添加预处理过的高比表面积的气相法白炭黑，提高硅橡胶的疏水性能及物理性能；由一定组分以及质量配比组成的耐热剂A和耐热剂B可显著提高硅橡胶的耐高温性能。
本发明中，通过采用由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按一定质量比组成的改性剂对气相法白炭黑进行表面改性，能够提高气相法白炭黑的疏水性能，提高其与橡胶基体的相容性，改善其分散性，并且在高填充至橡胶中，能够达到更为优异的综合性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明提供的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的耐热性好，强度高，伸长率大，具有良好的物理性能。
(2)本发明提供的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶具有优异的耐高温水蒸气性能，用于制作高温蒸汽密封件上，具有良好的应用前景。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本发明中所用原料如无特殊说明均为市售，如苯基乙烯基硅油可购自浙江新安化工集团股份有限公司，型号：WPHS-255V-2500。
实施例1、一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶，包括以下组分及其质量份数：乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.21％的甲基乙烯基硅橡胶生胶70份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶30份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为3.5％的硅树脂0.5份，改性气相法白炭黑25份，六甲基二硅氮烷4份，蒸馏水0.5份，耐热剂2份；所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比9:1组成；所述耐热剂A由粒径为50nm的纳米氧化铈和粒径为20nm的纳米二氧化钛按质量比2:12组成，所述耐热剂B为苯基乙烯基硅油。
所述改性气相法白炭黑的制备方法为：
(1)向改性剂中加入体积分数为20％的乙醇水溶液，所述改性剂由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比8:3组成，制成改性剂的质量分数为10％的改性液；
(2)将比表面积为200m2/g的气相法白炭黑加入到步骤(1)所得改性液中，气相法白炭黑与改性液的质量比为1:8，超声分散3min，得混合液；
(3)将步骤(2)所得混合液水浴加热至60℃，恒温搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为2h，得物料；
(4)将步骤(3)所得物料进行干燥，研磨，即得。
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法，步骤如下：
将不同乙烯基摩尔含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶、硅树脂、改性气相法白炭黑、六甲基二硅氮烷和蒸馏水一起投入密炼机中，炼胶，炼胶过程中保持温度在55℃，搅拌3h后，返练抽真空升温至170℃处理3h，降温冷却后，再加入耐热剂到密炼机中，经50℃混匀，得到耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶。
实施例2、一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶，包括以下组分及其质量份数：乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.25％的甲基乙烯基硅橡胶生胶30份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶70份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为5.5％的硅树脂10份，改性气相法白炭黑40份，六甲基二硅氮烷10份，蒸馏水3份，耐热剂10份；所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比5:3组成；所述耐热剂A由粒径为50nm的纳米氧化铈和粒径为20nm的纳米二氧化钛按质量比5:8组成，所述耐热剂B为苯基乙烯基硅油。
所述改性气相法白炭黑的制备方法为：
(1)向改性剂中加入体积分数为30％的乙醇水溶液，所述改性剂由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10:1组成，制成改性剂的质量分数为20％的改性液；
(2)将比表面积为300m2/g的气相法白炭黑加入到步骤(1)所得改性液中，气相法白炭黑与改性液的质量比为1:8，超声分散6min，得混合液；
(3)将步骤(2)所得混合液水浴加热至70℃，恒温搅拌，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为1h，得物料；
(4)将步骤(3)所得物料进行干燥，研磨，即得。
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法，步骤如下：
将不同乙烯基摩尔含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶、硅树脂、改性气相法白炭黑、六甲基二硅氮烷和蒸馏水一起投入密炼机中，炼胶，炼胶过程中保持温度在65℃，搅拌5h后，返练抽真空升温至170℃处理3h，降温冷却后，再加入耐热剂到密炼机中，经60℃混匀，得到耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶。
实施例3、一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶包括以下组分及其质量份数：
乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.23％的甲基乙烯基硅橡胶生胶60份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶40份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为4％的硅树脂3份，改性气相法白炭黑30份，六甲基二硅氮烷6份，蒸馏水2份，耐热剂5份；所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比7:2组成；所述耐热剂A由粒径为50nm的纳米氧化铈和粒径为20nm的纳米二氧化钛按质量比4:9组成，所述耐热剂B为苯基乙烯基硅油。
所述改性气相法白炭黑的制备方法为：
(1)向改性剂中加入体积分数为25％的乙醇水溶液，所述改性剂由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10:3组成，制成改性剂的质量分数为15％的改性液；
(2)将比表面积为300m2/g的气相法白炭黑加入到步骤(1)所得改性液中，气相法白炭黑与改性液的质量比为1:8，超声分散5min，得混合液；
(3)将步骤(2)所得混合液水浴加热至65℃，恒温搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为1.5h，得物料；
(4)将步骤(3)所得物料进行干燥，研磨，即得。
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法，步骤如下：
将不同乙烯基摩尔含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶、硅树脂、改性气相法白炭黑、六甲基二硅氮烷和蒸馏水一起投入密炼机中，炼胶，炼胶过程中保持温度在60℃，搅拌4h后，返练抽真空升温至170℃处理3h，降温冷却后，再加入耐热剂到密炼机中，经55℃混匀，得到耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶。
对比例1、一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶包括以下组分及其质量份数：
乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.23％的甲基乙烯基硅橡胶生胶60份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶40份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为4％的硅树脂3份，改性气相法白炭黑30份，六甲基二硅氮烷6份，蒸馏水2份，耐热剂5份；所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比7:2组成；所述耐热剂A由粒径为50nm的纳米氧化铈和粒径为20nm的纳米二氧化钛按质量比4:9组成，所述耐热剂B为苯基乙烯基硅油。
所述改性气相法白炭黑的制备方法为：
(1)向改性剂中加入体积分数为25％的乙醇水溶液，所述改性剂为六甲基二硅氮烷，制成改性剂的质量分数为15％的改性液；
(2)将比表面积为300m2/g的气相法白炭黑加入到步骤(1)所得改性液中，气相法白炭黑与改性液的质量比为1:8，超声分散5min，得混合液；
(3)将步骤(2)所得混合液水浴加热至65℃，恒温搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为1.5h，得物料；
(4)将步骤(3)所得物料进行干燥，研磨，即得。
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述改性气相法白炭黑的制备方法步骤(1)中所述改性剂为六甲基二硅氮烷，即未添加γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
对比例2、一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶
所述耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶包括以下组分及其质量份数：
乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.23％的甲基乙烯基硅橡胶生胶60份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶40份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为4％的硅树脂3份，改性气相法白炭黑30份，六甲基二硅氮烷6份，蒸馏水2份，耐热剂5份；所述耐热剂由粒径为50nm的纳米氧化铈和粒径为20nm的纳米二氧化钛按质量比4:9组成。
所述改性气相法白炭黑、耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，未添加耐热剂B苯基乙烯基硅油。
试验例一、性能检测
1、测试材料：实施例1-3以及对比例1-2制得的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶。
2、测试方法：参照GB/T 12828-2006对测试材料的可塑度进行测定，参照ISO2781:2008对测试材料的密度进行测试，参照JIS K6251:2010对测试材料的二段拉伸强度和二段伸长率进行测定，参照JIS K6252:2007对测试材料的二段撕裂强度B进行测定，参照ISO7619-1:2010对测试材料的二段硬度进行测定，参照ISO815-1:2008对测试材料的压缩永变进行测定，参照GB/T 15905-1995对测试材料的蒸汽老化硬度差进行测定，参照GB/T15905-1995对测试材料的蒸汽老化拉伸强度进行测定，参照GB/T 15905-1995对测试材料的蒸汽老化伸长率进行测定。
3、测试结果：试验结果如表1所示。
表1：性能检测结果
Figure BDA0002423959480000071
Figure BDA0002423959480000081
备注:*蒸汽老化条件为二段200℃*4h后150℃*7d
由表1可以看出，本发明实施例1-3所得耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的耐热性好，具有优异的耐高温水蒸气性能和物理性能，其中，实施例3的各项性能较佳，为本发明的最佳实施例；与对比例1和对比例2相比，本发明实施例3耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的各项性能更为优异。

Claims (3)

1.一种耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶，其特征在于，包括以下组分及其质量份数：乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.23％的甲基乙烯基硅橡胶生胶60份，乙烯基封端、乙烯基摩尔含量0.1％的甲基乙烯基硅橡胶生胶40份，粘度为100mPa·s、乙烯基摩尔含量为4％的硅树脂3份，改性气相法白炭黑30份，六甲基二硅氮烷6份，蒸馏水2份，耐热剂5份；所述耐热剂由耐热剂A和耐热剂B按质量比7:2组成；所述耐热剂A由粒径为50nm的纳米氧化铈和粒径为20nm的纳米二氧化钛按质量比4:9组成，所述耐热剂B为苯基乙烯基硅油；
所述改性气相法白炭黑的制备方法为：
(1)向改性剂中加入体积分数为25％的乙醇水溶液，所述改性剂由六甲基二硅氮烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷按质量比10:3组成，制成改性剂的质量分数为15％的改性液；
(2)将比表面积为300m2/g的气相法白炭黑加入到步骤(1)所得改性液中，气相法白炭黑与改性液的质量比为1:8，超声分散5min，得混合液；
(3)将步骤(2)所得混合液水浴加热至65℃，恒温搅拌，搅拌速度为600r/min，搅拌时间为1.5h，得物料；
(4)将步骤(3)所得物料进行干燥，研磨，即得。
2.如权利要求1所述的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将不同乙烯基摩尔含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶、硅树脂、改性气相法白炭黑、六甲基二硅氮烷和蒸馏水一起投入密炼机中，炼胶，炼胶过程中保持温度在55～65℃，搅拌3～5h后，返炼抽真空升温至170℃处理3h，降温冷却后，再加入耐热剂到密炼机中，经50～60℃混匀，得到耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶。
3.如权利要求1所述的耐高温水蒸气高温混炼硅橡胶在制备高温蒸汽密封件中的应用。
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