CN111534103A

CN111534103A - 一种深度交联固化硅酮嵌缝材料及其制备方法

Info

Publication number: CN111534103A
Application number: CN202010566212.1A
Authority: CN
Inventors: 姚灏; 元强; 余志武; 姜孟杰
Original assignee: Central South University; National Engineering Laboratory for High Speed Railway Construction Technology
Current assignee: Central South University; National Engineering Laboratory for High Speed Railway Construction Technology
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2020-08-14

Abstract

本发明公开一种深度交联固化硅酮嵌缝材料，包含基体硅氧烷、混合深度交联剂、扩链剂、界面剂、增塑剂、填料及稳定剂，混合深度交联剂由常规脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷组成。采用本发明的嵌缝材料，利于脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷二者的协同作用实现胶料深度交联固化，均匀性好，无需添加有机锡化合物等催化剂，嵌缝材料使用过程中内部固化均匀且速度较快，从而不易起泡和产生褶皱，具有施工性能好、安全性能高且环保性好的优点。本发明还公开上述嵌缝材料的制备方法，工艺步骤精简，采用独特的工艺参数搭配结合各原料的合理配比，最终能够获得适用于无砟轨道伸缩缝且性能好的深度交联固化硅酮嵌缝材料。

Description

一种深度交联固化硅酮嵌缝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种建筑材料，具体涉及一种深度交联固化硅酮嵌缝材料及其制备方法。

背景技术

在高速铁路无砟轨道结构中，底座板、道床板等为长线连续浇筑结构，往往需要隔一段距离设置一条伸缩缝，以避免无砟轨道结构在环境温度和外力影响下，混凝土板块间形成胀缩内应力，导致混凝土面层破坏。伸缩缝的密封处理是高速铁路无砟轨道综合防水系统的重要环节。密封效果直接影响无砟轨道结构耐久性。因此，选用适宜的弹性嵌缝材料对伸缩缝进行密封防水至关重要。

硅酮类嵌缝材料是以硅酮橡胶弹性体为主体的嵌缝材料，其分子结构中含有硅氧键(Si–O)，键能高达425kJ/mol，远大于碳碳键(C–C)键能(345kJ/mol)和碳氧键(C–O)键能(351kJ/mol)，稳定性好，具有优异的耐老化性，再加上聚硅氧烷分子体积大、内聚能密度低，使硅酮密封胶具有优异的耐高低温性、耐沾污性、高度的疏水性等，能在–60～200℃范围内长期使用，具有施工性好、耐久性优异等优点。

但无砟轨道混凝土接缝一般较深，接缝内部硅酮嵌缝材料深度交联性能较差，受温度、动荷载影响，易出现起泡、表面易发生褶皱现象。进而对硅酮胶的耐久性能和服役性能产生不良影响。

现有硅酮嵌缝材料部分可以实现深度交联固化，但是具有以下缺陷：1、材料制作工艺较为复杂，产品稳定性较难保证；2、需外加有机锡类催化剂，不安全且不环保；3、催化剂使用容易出现局部固化，施工性能不好。

因此，开发一种无需添加催化剂、施工性能好且环保安全的嵌缝材料及其制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深度交联固化硅酮嵌缝材料，无需添加催化剂，所得嵌缝材料施工性能好，安全性能高且环保性好，具体技术方案如下：

一种深度交联固化硅酮嵌缝材料，用于无砟轨道伸缩缝，以质量份数计包括以下组分：

基体硅氧烷100份；

混合深度交联剂5～15份；

扩链剂1～10份；

界面剂0.2～4份；

增塑剂8～30份；

填料50～130份；

稳定剂0.2～10份；

所述混合深度交联剂由脱酮肟型交联剂(即常规脱酮肟型交联剂)和α–胺基取代的酮肟基硅烷以质量计按份数比1：0.5-3.0组成。

以上技术方案中优选的，所述α–胺基取代的酮肟基硅烷为α–(N,N–二乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(β–胺乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N,N–二正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N–正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N–环己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷以及α–(ζ–胺己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述基体硅氧烷为双端羟基聚二甲基硅氧烷；在25℃条件下双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为20、50、80以及100Pa·s中的至少一种。

以上技术方案中优选的，脱酮肟型交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、二甲基二丁酮肟基硅烷以及苯基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述扩链剂为双官能基硅烷，具体为二甲基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二(己内酰氨基)硅烷以及甲基乙烯基二(N–甲基乙酰氨基)硅烷中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述界面剂为硅烷偶联剂类，具体为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷以及3–脲基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述增塑剂为硅油类，具体为羟基硅油、甲基羟基硅油、甲基硅油、二甲基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油以及MDT硅油中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述填料为白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、超细矿粉、高岭土、膨润土、滑石粉以及石英粉中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述稳定剂为氯化钙、氯化镁、5A分子筛、沸石以及六甲基二硅氮烷的至少一种。

应用本发明的方案，效果是：

1、本发明的深度交联固化硅酮嵌缝材料包含基体硅氧烷、混合深度交联剂、扩链剂、界面剂、增塑剂、填料及稳定剂，混合深度交联剂由脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷按份数(质量份数)比1：0.5-3.0组成，脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷二者协同作用实现胶料深度交联固化，均匀性好，无需添加有机锡化合物等催化剂，嵌缝材料使用过程中内部固化慢，从而不易起泡和产生褶皱；通过稳定剂和混合深度交联剂的合理复配工艺，可以在提高其深度交联固化能力的同时，又保证了产品较好的存储稳定性。通过优选扩链剂与交联剂的品种和配比，有效控制硅酮胶整体交联程度，有效提高硅酮胶断裂伸长率和位移能力。本发明的嵌缝材料具有施工性能好、安全性能高且环保性好的优点。

2、本发明的α–胺基取代的酮肟基硅烷为α–(N,N–二乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(β–胺乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N,N–二正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N–正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N–环己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷以及α–(ζ–胺己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。这些α–胺基取代的酮肟基硅烷的分子结构中：α取代官能团中N原子与Si原子非常接近，N原子上的p电子能够进入Si原子的3d轨道，形成p–π共轭体系，使Si原子电负性增加，从而活化易水解断裂的Si–ON键，进一步提高其深度交联固化能力。

3、本发明的深度交联固化硅酮嵌缝材料采用基体硅氧烷、混合深度交联剂、扩链剂、界面剂、增塑剂、填料及稳定剂的组合及合理的配比，能用于无砟轨道伸缩缝，且具有施工性能好、位移能力高、耐老化性能优越、储存周期长和稳定性好等优点。

本发明还公开一种上述深度交联固化硅酮嵌缝材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将基体硅氧烷、增塑剂以及填料依次加入真空捏合机，以30±10rpm的转速于120±10℃下真空脱水2h后得到基础胶料；

步骤二、将基础胶料置入研磨机上研磨，细度为20～60um；

步骤三、将研磨过的基胶投入动力混合机中，常温下以10±5rpm的转速搅拌，搅拌抽真空8～12min，依次加入混合深度交联剂和扩链剂，搅拌抽真空15～30min；继而加入界面剂和稳定剂，搅拌抽真空5～10min，得深度交联固化硅酮嵌缝材料。

本发明深度交联固化硅酮嵌缝材料的制备方法工艺步骤精简，采用独特的工艺参数搭配结合各原料的合理配比，最终能够获得适用于无砟轨道伸缩缝的深度交联固化硅酮嵌缝材料，具有施工性能好、位移能力高、耐老化性能优越、储存周期长和稳定性好等优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下结合实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种深度交联固化硅酮嵌缝材料，用于无砟轨道伸缩缝，其包括以下组分(按质量份数计)：

基体硅氧烷100份，由30份α,ω–二羟基聚二甲基硅氧烷(在25℃条件下的粘度为20Pa·S)和70份α,ω–二羟基聚二甲基硅氧烷(在25℃条件下的粘度为50Pa·S)组成；

混合深度交联剂10份；此处优选由5份甲基三丁酮肟基硅烷和5份α–(N,N–二乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷组成；

扩链剂5份，此处优选二甲基二丁酮肟基硅烷；

界面剂1份，优选3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；

增塑剂20份，此处选用二甲基硅油；

填料85份，此处优选由80份碳酸钙和5份气相二氧化硅组成；

稳定剂1份，优选氯化钙。

上述深度交联固化硅酮嵌缝材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将基体硅氧烷、增塑剂以及填料依次加入真空捏合机，以40rpm的转速于120℃下真空脱水2h后得到基础胶料；

步骤二、将基础胶料置入研磨机上研磨，细度为40±2um；

步骤三、将研磨过的基胶投入动力混合机中，常温下以15rpm的转速搅拌，搅拌抽真空10min，依次加入混合深度交联剂和扩链剂，搅拌抽真空20min；继而加入界面剂和稳定剂，搅拌抽真空10min，得深度交联固化硅酮嵌缝材料，密封包装得成品。

本实施例中混合深度交联剂的固化机理如下：

在本实施例中：R₁代表―CH₂CH₃，R₂代表―CH₂CH₃，R₃代表―CH₃，R₄代表―CH₂CH₃，R代表―CH₃。

本实施例所得深度交联固化硅酮嵌缝材料用于无砟轨道伸缩缝，性能参数详见表1。

实施例2-4：

实施例2-4与实施例1比较，不同之处如下：

实施例2：混合深度交联剂用1份α–(N–环己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、2份α–(N–正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷和3份二甲基二丁酮肟基硅烷。

上述深度交联固化硅酮嵌缝材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将基体硅氧烷、增塑剂以及填料依次加入真空捏合机，以20rpm的转速于110℃下真空脱水1h后得到基础胶料；

步骤二、将基础胶料置入研磨机上研磨，细度为30±2um；

步骤三、将研磨过的基胶投入动力混合机中，常温下以10rpm的转速搅拌，搅拌抽真空12min，依次加入混合深度交联剂和扩链剂，搅拌抽真空30min；继而加入界面剂和稳定剂，搅拌抽真空5min，得深度交联固化硅酮嵌缝材料，密封包装得成品。

实施例3：混合深度交联剂用3.0份α–(N,N–二正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、3.0份α–(ζ–胺己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷和2份二甲基二丁酮肟基硅烷。

实施例4：基体硅氧烷为50份α,ω–二羟基聚二甲基硅氧烷(在25℃条件下的粘度为20Pa·S)和50份α,ω–二羟基聚二甲基硅氧烷(在25℃条件下的粘度为50Pa·S)，填料为80份白炭黑和5份高岭土，稳定剂为10份的5A分子筛。

对比例1：交联剂用10份二甲基二丁酮肟基硅烷替代。另加入催化剂二月桂酸二丁基锡0.2份。

对比例2：交联剂用10份二甲基二丁酮肟基硅烷。

表1实施例1-4和对比例1-2性能参数统计表

从表1可知：

1、当交联剂仅采用常规脱酮肟型交联剂(如对比例2中采用二甲基二丁酮肟基硅烷)，表干时间需要120min，且24小时的固化深度仅为1.2mm，拉伸强度仅为0.6MPa，发生界面破坏。

2、参见对比例1，当交联剂采用脱酮肟型交联剂(如二甲基二丁酮肟基硅烷)，且加入二月桂酸二丁基锡催化剂后，能一定程度上缩短表干时间(缩短至50min)，24小时的固化深度提高至3.2mm，拉伸强度提高至1.6MPa，且不会发生界面破坏。

3、结合实施例1-4，本发明采用基体硅氧烷、混合深度交联剂、扩链剂、界面剂、增塑剂、填料及稳定剂，混合深度交联剂由脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷组成，脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷协同作用实现胶料深度交联固化，不含催化剂即可实现深度固化，固化深度超过5mm，具有施工性能好(不流挂)、位移能力高(断裂伸长率≥700％)、储存周期长(≥10个月)等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，用于无砟轨道伸缩缝，其以质量份数计包括以下组分：

基体硅氧烷100份；

混合深度交联剂5～15份；

扩链剂1～10份；

界面剂0.2～4份；

增塑剂8～30份；

填料50～130份；

稳定剂0.2～10份；

所述混合深度交联剂由常规脱酮肟型交联剂和α–胺基取代的酮肟基硅烷按份数比1：0.5-3.0组成。

2.根据权利要求1所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述α–胺基取代的酮肟基硅烷为α–(N,N–二乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(β–胺乙基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N,N–二正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N–正丁基)胺甲基三丁酮肟基硅烷、α–(N–环己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷以及α–(ζ–胺己基)胺甲基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述基体硅氧烷为双端羟基聚二甲基硅氧烷；在25℃条件下双端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为20、50、80以及100Pa·s中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述常规脱酮肟型交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、二甲基二丁酮肟基硅烷以及苯基三丁酮肟基硅烷中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述扩链剂为双官能基硅烷，具体为二甲基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二(己内酰氨基)硅烷以及甲基乙烯基二(N–甲基乙酰氨基)硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述界面剂为硅烷偶联剂类，具体为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、N-2-(氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷以及3–脲基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述增塑剂为硅油类，具体为羟基硅油、甲基羟基硅油、甲基硅油、二甲基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油以及MDT硅油中的至少一种。

8.根据权利要求3所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述填料为白炭黑、碳酸钙、气相二氧化硅、超细矿粉、高岭土、膨润土、滑石粉以及石英粉中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料，其特征在于，所述稳定剂为氯化钙、氯化镁、5A分子筛、沸石以及六甲基二硅氮烷的至少一种。

10.一种如权利要求1-9任意一项所述的深度交联固化硅酮嵌缝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将基体硅氧烷、增塑剂以及填料依次加入真空捏合机，以30±10rpm的转速于120±10℃下真空脱水1-3h后得到基础胶料；

步骤二、将基础胶料置入研磨机上研磨，细度为20～60um；

步骤三、将研磨过的基础胶料投入动力混合机中，常温下以10±5rpm的转速搅拌，搅拌抽真空8～12min，依次加入混合深度交联剂和扩链剂，搅拌抽真空15～30min；继而加入界面剂和稳定剂，搅拌抽真空5～10min，得深度交联固化硅酮嵌缝材料。