CN111286300B - 一种室温硫化硅橡胶及其制备方法和用途 - Google Patents

一种室温硫化硅橡胶及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种室温硫化硅橡胶及其制备方法和用途，按重量计，该硅橡胶包括以下组分：α，ω‑二羟基基聚二甲基硅氧烷100份，甲基硅油1～10份，交联剂1～20份，偶联剂1～15份，纳米钙20～200份，膨胀发泡粉5～50份，有机锡催化剂1～5份。本发明的温硫化硅橡胶制备方法简单，成本低，固化7天经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率在82～90％，可用于密封太阳能电池组件边框。

Description

一种室温硫化硅橡胶及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种硅橡胶，更具体地说涉及一种新的室温硫化硅橡胶及其制备方法和用途。
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，耐高低温、耐候性、耐潮湿、电绝缘、耐紫外老化、化学惰性等方面综合性能优异。
太阳能电池组件是由高效单晶/多晶太阳能电池片、低铁超白绒面钢化玻璃、封装材料(EVA、POE等)、功能背板，互联条，汇流条，接线盒以及铝合金边框组成。使用寿命可达15～25年。目前在新能源太阳组件边框主要用硅胶做密封剂，主流硅胶密封剂产品的主要成分是采用α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为基础树脂，酮肟基硅烷作为交联剂，氨基硅烷作为增粘剂，有机锡为催化剂，再填充钛酸钙，石英粉，钛白粉等等填料，如专利CN103013124A中提到，固化过程会释放酮肟类小分子，酮肟类小分子属于毒性较大的小分子，在组件车间生产中要保持通风。
另外，随着太阳能组件产业不断的发展及原料成本管控越来越严，原有的太阳能组件边框用硅橡胶的成本一降再降，面对新降成本压力，原有降成本的技术路线基本都是尽可能的增加填料来实现，但填料加的过多密度过大单位体积又会变少，性能下降。
急需一种新的思路来设计开发硅橡胶产品以降低现有硅橡胶的成本并提升其性能来增加市场竞争力。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明一方面的目是提供一种新的思路来设计开发太阳能组件边框用室温硫化硅橡胶，该室温硫化硅橡胶密度小，单位重量体积大，能有效降低使用成本的同时还能增加产品耐湿热阻隔性能。
为达到以上目的，本发明可通过以下技术方案来实现：
一种室温硫化硅橡胶，按重量计，该室温硫化硅橡胶包括以下组分：
Figure GDA0003492205550000021
优选地，上述室温硫化硅橡胶，按重量计，包括以下组分
Figure GDA0003492205550000022
优选地，上述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为5000～80000mPa.S，更优选20000～50000mPa.S。
优选地，上述交联剂为甲基三甲氧基硅烷，四甲基硅氧烷和四乙基硅氧烷中的一种或多种混合物。
优选地，上述偶联剂为3～氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中一种或多种的混合物。
优选地，上述纳米钙的粒度为15～200nm，更优选40～80nm。
优选地，上述已发泡膨胀微球由膨胀发泡粉制得，该膨胀发泡粉是一种核壳结构微球，包括丙烯腈类单体，丙烯酸酯类单体，丙烯酸类单体，含氟丙烯酸酯类单体及丙烯酰胺类单体等聚合形成的共聚合物为外壳和包封在所述外壳中的沸点不高于所述共聚合物软化点的核，即发泡剂。该核包括烷烃类，例如正丁烷,异丁烷，环丁烷，正戊烷，异戊烷，环戊烷，环己烷，异己烷，正己烷,庚烷，环庚烷，正辛烷，异辛烷及环辛烷等中一种或2种。优选地，上述已发泡膨胀微的球密度为10～30Kg/m3，平均粒径为5～250μm。
优选地，上述上述膨胀发泡粉为运研材料科技(上海)有限公司生产的YYDE-20，YYDE-40，YYDE-80膨胀发泡粉。
优选地，上述甲基硅油的粘度为10～1000mPa.S，更优选100～500mPa.S。
优选地，上述有机锡催化剂为醋酸三丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的一种或两种以上的混合物。
本发明另一方面提供一种室温硫化硅橡胶的制备方法，该方法包括步骤：
(1)按重量分数计，将100份α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，20～200份纳米钙，5～50份已发泡膨胀微球和1～10份甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水2～3h后，冷却至室温备用,
(2)在步骤(1)的混合料中再加入1～20交联剂，室温下真空搅拌30～40min后，再加入偶联剂1～15份，有机锡催化剂1～5份，室温下真空搅拌10～40min后，密封保存即可。
本发明的室温硫化硅橡胶可用作密封剂，例如用于太阳组件边框的密封。
本发明的室温硫化硅橡胶固化7天经过双85测试，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率在82～90％。
与现有技术相比，本发明的室温硫化硅橡胶的有益效果为：固化过程释放的是醇类小分子，无酮肟类小分子释放；首次使用膨胀发泡粉作填料，由于膨胀发泡粉极低的密度，球内接近空心，·热稳定性优异，耐化学品性能优异，具有优异的弹性和机械强度，具有优异的隔绝性能，添加到硅胶中能大幅降低硅胶密度，提高单位重量的体积，使产品使用的体积大幅增加，用量变小，从而降低了使用成本，同时由于膨胀发泡粉优异的隔绝性能，起到了提升老化性能的作用。
具体实施案例
针对现有技术中用于密封组件的橡胶的缺点，本申请发明人经过深入的研究，主要通过改变填料种类和交联剂种类发明了本发明的室温硫化硅橡胶，该室温硫化硅橡胶成本低，过双85测试，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度好。
本发明的描述中，交联剂包括，但不局限于甲基三甲氧基硅烷，四甲基硅氧烷和四乙基硅氧烷。
本发明的描述中，偶联剂包括，但不局限于3～氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
本发明的描述中，膨胀发泡粉是市售可得的，也可参见现有技术制备，例如，参见(CN106459729A，CN105722868A等)。因此，本发明的膨胀发泡粉包括，但不局限于运研材料科技(上海)有限公司生产的YYDE-20，YYDE-40，YYDE-80膨胀发泡粉。
本发明的描述中，已发泡膨胀微球由上述膨胀发泡粉制得，具体过程为由膨胀发泡粉通过预膨胀发泡装置制得，即将膨胀发泡粉分散液喷洒到热空气中膨胀干燥制得。该过程在本领域是已知的，例如参见(CN107001680A)。
上述膨胀发泡粉是一种核壳结构微球，包括外壳和核，外壳包括但不局限于丙烯腈类单体，丙烯酸酯类单体，丙烯酸类单体，含氟丙烯酸酯类单体或丙烯酰胺类单体聚合形成的共聚合物，核包封在上述外壳中并且构成核的物质的沸点不高于构成外壳的物质的软化点，核包括但不局限于烷烃类物质。
上述烷烃类物质包括但不局限于正丁烷、异丁烷、环丁烷、正戊烷、异戊烷、环戊烷、环己烷、异己烷、正己烷、庚烷、环庚烷、正辛烷、异辛烷及环辛烷等中一种或2种。
本发明的描述中，上述有机锡催化剂包括，但不局限于醋酸三丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡。
本发明的描述中，“室温”是指25℃。
本发明的描述中，“多种”指两种或两种以上。
在本发明的一个优选实施方式中，本发明的室温硫化硅橡胶，按重量计，包括以下组分：粘度为20000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100mPa.S的甲基硅油5份，甲基三甲氧基硅烷10份，3-氨丙基三乙氧基硅烷7份，粒度为60nm的纳米钙150份，YYDE-20膨胀发泡粉30份，有机锡催化1份。
在本发明的一个优选实施方式中，本发明的室温硫化硅橡胶，按重量计，包括以下组分：粘度为20000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100mPa.S的甲基硅油10份，四甲氧基硅烷13份，3-氨丙基三乙氧基硅烷12份，粒度为60nm的纳米钙180份，YYDE-40膨胀发泡粉10份，有机锡催化1.2份。
在本发明的一个优选实施方式中，本发明的室温硫化硅橡胶，按重量计，包括以下组分：粘度为5000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100mPa.S的甲基硅油5份，四甲氧基硅烷15份，N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷13份，粒度为80nm的纳米钙100份，YYDE-80膨胀发泡粉20份，有机锡催化1.2份。
在本发明的一个优选实施方式中，本发明的室温硫化硅橡胶，按重量计，包括以下组分：粘度为50000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100mPa.S的甲基硅油10份，四甲氧基硅烷15份，N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷5份，粒度为60nm的纳米钙80份，YYDE-20膨胀发泡粉30份，有机锡催化1.4份。
在本发明的一个优选实施方式中，本发明的室温硫化硅橡胶，按重量计，包括以下组分：粘度为50000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，粘度为100mPa.S的甲基硅油8份，四乙基氧硅烷15份，N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷7份，粒度为80nm的纳米钙120份，YYDE-20膨胀发泡粉30份，有机锡催化1.5份。
本发明的室温硫化硅橡胶还可用作除太阳组件边框以外的其他组件边框的密封。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下面实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比按重量计算。
下列实施例中所用α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的购自浙江新安化工，5000mPa.S-107胶，2万107胶及5万107胶。
下列实施例中所用甲基硅油购自浙江新安化工。
下列实施例中所用交联剂，甲基三甲氧基硅、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷分别烷购自湖北新蓝天新材料股份有限公司D20，D101和D120。
下列实施例中所用偶联剂：3～氨丙基三乙氧基硅、N-(β-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷购自荆州市江汉精细化工有限公司JH-A110和JH-A112。
下列实施例中所用纳米钙购自凯恩斯纳米材料有限公司KS60，KS80。
下列实施例所用膨胀发泡粉：YYDE-20膨胀发泡粉、YYDE-40膨胀发泡粉、YYDE-80膨胀发泡粉均购自运研材料科技(上海)有限公司。
下列实施例中所用有机锡催化剂购自湖北新蓝天新材料股份有限公司D80，D82和D70。
实施例1
以重量份数计，将100份粘度为20000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、150份纳米钙(粒度为60nm)，30份由YYDE-20膨胀发泡粉制得的已发泡膨胀微球和5份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入10份甲基三甲氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入7份3～氨丙基三乙氧基硅烷，1份二乙酸二丁基锡有机锡催化剂真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.1g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率90％。
实施例2
以重量份数计，将100份粘度为20000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、180份纳米钙，23份由YYDE-40膨胀发泡粉制得的已发泡膨胀微球和10份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入13份四甲氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入12份3～氨丙基三乙氧基硅烷7份，1.2份二月桂酸二丁基锡有机锡催化剂(真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.23g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率85％。
实施例3
以重量份数计，将100份粘度为5000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、100份纳米钙，20份由YYDE-80膨胀发泡粉制得的已发泡膨胀微球和10份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入15份四甲氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入13份N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，二月桂酸二丁基锡有机锡催化剂1.2份真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.03g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率82％。
实施例4
以重量份数计，将100份粘度为50000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、80份纳米钙，30份由YYDE-20膨胀发泡粉制得的已发泡膨胀微球和5份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入15份四甲氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入5份N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，二月桂酸二丁基锡有机锡催化剂1.4份真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.07g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率85％。
实施例5
以重量份数计，将100份粘度为20000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、120份纳米钙，30份由YYDE-20膨胀发泡粉制得的已发泡膨胀微球和8份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入15份四乙基氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入7份N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，1.5份二乙酸二丁基锡有机锡催化剂真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.1g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率86％。
比较例1
以重量份数计，将100份粘度为20000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、150份纳米钙(粒度为60nm)，及5份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入10份甲基三甲氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入7份3～氨丙基三乙氧基硅烷，1份二乙酸二丁基锡有机锡催化剂真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.4g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率75％。
比较例2
以重量份数计，将100份粘度为5000mPa.S的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、100份纳米钙及10份100mPa.S甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水3h后，冷却至室温作为基料备用。在刚刚制备的基料上加入15份四甲氧基硅烷真空搅拌40min后，再加入13份N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，二月桂酸二丁基锡有机锡催化剂1.2份真空搅拌30min后，停机出料，密封保存即可。
所制备得到的硅橡胶密度为1.39g/cm3，固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率69％。
从对比例1和2分别与实施例1和3对比可知，由于已发泡膨胀微球的应用，使得本发明的室温硫化硅橡胶不但密度小，而且固化7天的胶条经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率比较好。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (11)

1.一种室温硫化硅橡胶，其特征在于，按重量计，该硅橡胶包括以下组分：
Figure FDA0003492205540000011
2.根据权利要求1所述的室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为5000～80000mPa.S。
3.根据权利要求1所述的室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷，四甲基硅氧烷及四乙基硅氧烷中的一种或两种以上混合物。
4.根据权利要求1所述的室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述偶联剂为3- 氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中一种或两种以上混合物。
5.根据权利要求1所述的室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述已发泡膨胀微球由膨胀发泡粉制得，该膨胀发泡粉是一种核壳结构微球，包括丙烯腈类单体，丙烯酸类单体或丙烯酰胺类单体聚合形成的共聚合物为外壳和包封在所述外壳中的沸点不高于所述共聚合物软化点的核，所述核是烷烃类物质，所述已发泡膨胀微球的密度为10～30Kg/m3，平均粒径为5～250μm。
6.根据权利要求5所述的室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述丙烯酸类单体选自含氟丙烯酸酯类单体。
7.根据权利要求1所述的室温硫化硅橡胶，其特征在于，有机锡催化剂为醋酸三丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡中的一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述甲基硅油的粘度为10～1000mPa.S。
9.一种室温硫化硅橡胶的制备方法，该方法包括步骤：
(1)按重量分数计，将100份α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，20～200份纳米钙，5～50份已发泡膨胀微球和1～10份甲基硅油在100～120℃下真空搅拌脱水2～3h后，冷却至室温备用,
(2)在步骤(1)的混合料中再加入1～20交联剂，室温下真空搅拌30～40min后，再加入偶联剂1～15份，有机锡催化剂1～5份，室温下真空搅拌10～40min后，密封保存即可。
10.权利要求1至8任一项所述的室温硫化硅橡胶或权利要求9所述的制备方法制备的室温硫化硅橡胶用作密封剂。
11.权利要求1至8任一项所述的室温硫化硅橡胶或权利要求9所述的制备方法制备的室温硫化硅橡胶固化7天经过双85，1000h湿热老化性能测试后拉伸强度保持率在82～90％。
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