CN112538333B - 一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用。该双组分室温硫化硅橡胶包括A组分和B组分；A组分包括α，ω‑二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料；B组分包括：交联剂30～40份，偶联剂10～15份，无机填料10～20份，分散介质20～40份，催化剂0.01～1.0份，偶联剂选自双氨基硅烷与烷基硅烷的共水解低聚物，具有如式(I)所示的结构式，分散介质为烷氧基封端聚氨酯；A组分和B组分的质量比为100:(7～20)。本发明提供的双组分室温硫化硅橡胶耐双85老化性能好，且该硫化硅橡胶可以与不同的基材形成快速粘接，从而使太阳能光伏组件组装完毕后可在较短的时间内进行搬运和运输，提高生产组装的效率。

Description

一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及硅橡胶的合成技术领域，更具体地，涉及一种双组分室温硫化硅橡胶及其制备方法和应用。

背景技术

硅橡胶具有优异的耐候性、耐紫外性、耐高低温性以及电绝缘性，能够广泛应用于建筑、电子电器、汽车、新能源等领域。

近几年来，光伏产业发展迅速，太阳能电池组件的生产和组装技术也日趋成熟。双组分室温硫化硅橡胶因具有使用方便，粘接效果好，密封性能好，粘接材料范围广，电绝缘性好等特点，被广泛应用于光伏组件的粘接和密封。但现有的双组分室温硫化硅橡胶存在耐双85老化(温度85℃/湿度85％)差，硅橡胶与基材不能形成快速粘接的问题，极大的影响了生产组装效率和产品质量，限制了其在光伏组件等行业的进一步发展。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种双组分室温硫化硅橡胶，该双组分室温硫化硅橡胶耐双85老化性能好，且该硫化硅橡胶可以与不同的基材形成快速粘接，从而使太阳能光伏组件组装完毕后可在较短的时间内进行搬运和运输，提高生产组装的效率。

该双组分室温硫化硅橡胶包括A组分和B组分；所述A组分包括α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料；所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料的质量比为100:(50～100)；以重量份计，所述B组分包括：

其中，所述偶联剂选自双氨基硅烷与烷基硅烷的共水解低聚物，具有如式(I)所示的结构式：

其中，m为1～8中的任意整数，n为1～4中的任意整数；

所述分散介质为烷氧基封端聚氨酯；

所述A组分和B组分的质量比为100:(7～20)。

本发明使用如式(I)所示的结构式的偶联剂与烷氧基封端聚氨酯分散剂作为B组分中的原料，与其他交联剂、无机填料、催化剂以及特定比例的A组分混合得到的双组分室温硫化硅橡胶可与不同基材粘合6小时就可以形成有效的粘接。

在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

在本发明一个优选实施方式中，在偶联剂式(I)所示的结构式中，m:n＝(1～3):(3～1)，典型的是，m:n＝1:1，2:1，3:1，或1:2。

本发明选用的分散介质为烷氧基封端聚氨酯，该烷氧基封端聚氨酯的结构为链端为烷氧基硅烷，链中间含有氨基甲酸酯结构。优选的是，该分散介质的粘度为25℃下的粘度在6000～9000mPa·s。在本发明实施例中，以江苏瑞洋安泰新材料科技有限公司的烷氧基封端聚氨酯120N为例详述本发明。

在本发明一个优选实施方式中，所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的聚合度为100～5000，25℃下的粘度范围在100～500000mPa·s，优选5000～20000mPa·s，进一步优选的是所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为粘度为5000Pa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和粘度为20000Pa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，两者的质量比为1:(1～3)。

在本发明一个优选实施方式中，所述无机填料为气相白炭黑、轻质或重质碳酸钙、氧化铝、硅微粉、炭黑中的一种或几种。优选的是，在A组分和B组分中无机填料种类不同。进一步优选的是，B组分中的无机填料为炭黑，A组分为气相白炭黑、轻质或重质碳酸钙、氧化铝、硅微粉中的一种或多种，进一步优选为轻质碳酸钙。

在本发明一个优选实施方式中，交联剂为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、四甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种，优选为聚甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷；进一步优选的是，所述聚甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷的质量比为(1～2):(1～2):1。

在本发明一个优选实施方式中，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、二辛基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、钛酸四正丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯中的一种或几种，优选为二丁基二月桂酸锡。其中，催化剂的用量优选为0.1～1.0份。

在本发明一个优选实施方式中，所述A组分由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料组成；所述B组分由交联剂、偶联剂、无机填料、分散介质和催化剂组成。其中，所述偶联剂选自双氨基硅烷与烷基硅烷的共水解低聚物，具有如式(I)所示的结构式：

其中，m:n＝(1～3):(3～1)；在B组分中，所述无机填料为炭黑。

在本发明一个优选实施方式中，B组分的总重量为100份。

本发明可以使用本领域中常见的方法来制备双组分室温硫化硅橡胶，对于双组分室温硫化硅橡胶，通常是先分别制备A组分和B组分，使用时，再将A组分和B组分按比例混合后使用。本发明的另一目的在于提供上述双组分室温硫化硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备A组分：按比例将羟基封端的聚二甲基硅氧烷和无机填料混合，保持真空-0.08～-0.09MPa，转速400～800r/min，搅拌60～120min，冷却至室温，获得A组分；

(2)制备B组分：按比例将填料、分散介质、交联剂、偶联剂、催化剂混合，保持真空-0.08～-0.09MPa，转速400～800r/min，搅拌60～120min，冷却至室温，获得B组分；

(3)使用时，将所述A组分和B组分按重量份100:(7～20)混合均匀，得到双组分室温硫化硅橡胶。

本发明的再一目的在于提供上述双组分室温硫化硅橡胶或其制备方法在太阳能光伏组件组装中的应用。

本发明提供的硫化硅橡胶可以与不同的基材快速粘接，从而使太阳能光伏组件组装完毕后可在较短的时间内进行搬运和运输，提高生产组装的效率。

本发明的有益效果为：

本发明使用烷氧基封端聚氨酯分散剂，可以使得如式(I)所示结构式的偶联剂在由两者作为B组分与特定比例的A组分混合得到的双组分室温硫化硅橡胶更好的分散，有效的改善硅橡胶对基材的粘接效果，尤其改善硅橡胶对不同基材的快速粘接性能，从而提高实际应用端的生产组装效率。本发明得到的双组分室温硫化硅橡胶耐双85老化性能好，且该硫化硅橡胶可以与不同的基材在6小时内形成快速粘接，从而使太阳能光伏组件组装完毕后可在较短的时间内进行搬运和运输。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。其中，无特殊说明，本发明的原料均为市售，方法为本领域中常规方法。烷氧基封端聚氨酯120N购自江苏瑞洋安泰新材料科技有限公司。

实施例1

本实施例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，该制备方法包括如下步骤：

A组分制备：

称量20000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷50份，5000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷50份，轻质碳酸钙80份。将上述物质加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合120分钟，冷却至室温后出料。

B组分制备：

按重量将13份聚甲基三乙氧基硅烷，13份正硅酸乙酯，12份二甲基二乙氧基硅烷，12份双氨基硅烷与烷基硅烷共水解低聚物(结构如式(I)所示，其中m：n＝1:1)，36份烷氧基封端聚氨酯120N，13.2份炭黑，0.8份二丁基二月桂酸锡加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合90分钟，冷却至室温后出料。

A组分和B组分混合：

将A，B组分按照重量A：B＝100:10的比例，在静态混合设备中混合均匀，固化后得到双组分室温硫化硅橡胶，产品性能测试如表1所示。

实施例2

本实施例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，该制备方法包括如下步骤：

A组分制备：

称量20000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，重质碳酸钙80份。将上述物质加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合120分钟，冷却至室温后出料。

B组分制备：

按重量将38份聚甲基三乙氧基硅烷，12份双氨基硅烷与烷基硅烷共水解低聚物(结构如式(I)所示，其中m：n＝4:1)，36份烷氧基封端聚氨酯120N，13.2份炭黑，0.8份二丁基二乙酸锡加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合90分钟，冷却至室温后出料。

A组分和B组分混合：

将A，B组分按照重量A：B＝100:10的比例，在静态混合设备中混合均匀，固化后得到双组分室温硫化硅橡胶，产品性能测试如表1所示。

实施例3

本实施例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，该制备方法包括如下步骤：

A组分制备：

称量5000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，炭黑80份。将上述物质加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合120分钟，冷却至室温后出料。

B组分制备：

按重量将13份聚甲基三乙氧基硅烷，13份四甲氧基硅烷，12份二甲基二甲氧基硅烷，12份双氨基硅烷与烷基硅烷共水解低聚物(结构如式(I)所示，其中m：n＝1:4)，36份烷氧基封端聚氨酯120N，13.2份氧化铝，0.8份钛酸四正丁酯加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合90分钟，冷却至室温后出料。

A组分和B组分混合：

将A，B组分按照重量A：B＝100:10的比例，在静态混合设备中混合均匀，固化后得到双组分室温硫化硅橡胶，产品性能测试如表1所示。

实施例4

本实施例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，该制备方法包括如下步骤：

A组分制备：

称量20000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷50份，5000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷50份，轻质碳酸钙100份。将上述物质加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合120分钟，冷却至室温后出料。

B组分制备：

按重量将12份聚甲基三乙氧基硅烷，12份正硅酸乙酯，12份二甲基二乙氧基硅烷，15份双氨基硅烷与烷基硅烷共水解低聚物(结构如式(I)所示，其中m：n＝2:1)，28份烷氧基封端聚氨酯120N，20份炭黑，1份二丁基二月桂酸锡加入到高速搅拌机中混合均匀，真空度-0.09MPa，转速600r/min，混合90分钟，冷却至室温后出料。

A组分和B组分混合：

将A，B组分按照重量A：B＝100:7的比例，在静态混合设备中混合均匀，固化后得到双组分室温硫化硅橡胶，产品性能测试如表1所示。

实施例5

本实施例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，该制备方法包括如下步骤：

A组分制备：

称量20000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷75份，5000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷25份，轻质碳酸钙50份。将上述物质加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合120分钟，冷却至室温后出料。

B组分制备：

按重量将16份聚甲基三乙氧基硅烷，16份正硅酸乙酯，10份二甲基二乙氧基硅烷，10份双氨基硅烷与烷基硅烷共水解低聚物(结构如式(I)所示，其中m：n＝3:1)，39.99份烷氧基封端聚氨酯120N，10份炭黑，0.01份二丁基二月桂酸锡加入到高速搅拌机中混合均匀，真空度-0.09MPa，转速600r/min，混合90分钟，冷却至室温后出料。

A组分和B组分混合：

将A，B组分按照重量A：B＝100:20的比例，在静态混合设备中混合均匀，固化后得到双组分室温硫化硅橡胶，产品性能测试如表1所示。

对比例1

本对比例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，原料和制备方法均与实施例1相同，不同之处仅在于：将实施例中B组分的烷氧基封端聚氨酯120N替换为粘度1000cps的甲基硅油，固化后产品性能测试如表1所示。

对比例2

本对比例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，原料和制备方法均与实施例1相同，不同之处仅在于：将实施例中B组分的烷氧基封端聚氨酯120N替换为有机硅改性聚氨酯A6020，固化后产品性能测试如表1所示。

对比例3

本对比例提供了一种双组分室温硫化硅橡胶，该制备方法包括如下步骤：

A组分制备：

称量20000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷50份，5000mPa·s的α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷50份，轻质碳酸钙40份。将上述物质加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合120分钟，冷却至室温后出料。

B组分制备：

按重量将9份聚甲基三乙氧基硅烷，9份正硅酸乙酯，9份二甲基二乙氧基硅烷，30份双氨基硅烷与烷基硅烷共水解低聚物(结构如式(I)所示，其中m：n＝1:1)，30份烷氧基封端聚氨酯120N，12份炭黑，1份二丁基二月桂酸锡加入到高速搅拌机中混合均匀，真空-0.09MPa，转速600r/min，混合90分钟，冷却至室温后出料。

A组分和B组分混合：

将A，B组分按照重量A：B＝100:5的比例，在静态混合设备中混合均匀，固化后得到双组分室温硫化硅橡胶，产品性能测试如表1所示。

将实施例与对比例进行性能测试，A，B组分及混合后的颜色外观目测，表干时间参考GB/T 13477.5标准测试，见表1。不同基材的6小时快速粘接测试使用手动剥离测试方法(测试环境条件为23±2℃，50±5％相对湿度)，具体结果见表2。将粘接基材在温度为85℃，湿度为85％的条件下放置1000小时后，测试粘接情况，双85老化结果见表3。

表1：产品性能结果

表2：实施例和对比例产品的粘接性能测试结果

备注：每种基材测试3个平行样片，AF表示粘接失败，粘接差，CF表示内聚破坏，粘接好。

表3：实施例和对比例产品的耐双85老化测试结果

由表1和表2中可以看出实施例和对比例的表干时间接近，不影响实际应用的操作时间，但实施例在玻璃，阳极氧化铝，不锈钢上的快速粘接效果要明显优于对比例，且实施例混合后硅橡胶为黑色，而使用甲基硅油作为分散介质为灰色，从侧面说明在B组分中烷氧基封端聚氨酯对B组分中其他原料的分散也优于甲基硅油，所得硅橡胶的品质更优。由表3可看出，使用本发明中涉及的双氨基硅烷水解物作为偶联剂的硅胶，在老化前后，粘接性能变化不大，说明该类硅胶的耐双85老化性能优异。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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 (13)

1.一种双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，包括A组分和B组分；

所述A组分包括α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料；所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料的质量比为100:(50～100)；

以重量份计，所述B组分包括：

其中，所述偶联剂选自双氨基硅烷与烷基硅烷的共水解低聚物，具有如式(I)所示的结构式：

其中，m为1～8中的任意整数，n为1～4中的任意整数；

所述分散介质为烷氧基封端聚氨酯，所述烷氧基封端聚氨酯的结构为链端为烷氧基硅烷，链中间含有氨基甲酸酯结构；

所述A组分和B组分的质量比为100:(7～20)。

2.根据权利要求1所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，在式(I)所示的结构式中，m:n＝(1～3):(3～1)。

3.根据权利要求1或2所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述分散介质的粘度为6000～9000mPa·s。

4.根据权利要求1或2所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷的聚合度为100～5000，25℃下的粘度范围在100～500000mPa·s。

5.根据权利要求4所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷25℃下的粘度范围为5000～20000mPa·s。

6.根据权利要求1或2所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述无机填料为气相白炭黑、轻质或重质碳酸钙、氧化铝、硅微粉、炭黑中的一种或几种。

7.根据权利要求1或2所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述交联剂为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、四甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述交联剂为聚甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷。

9.根据权利要求8所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述聚甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和二甲基二乙氧基硅烷的质量比为(1～2):(1～2):1。

10.根据权利要求1或2所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述催化剂为二丁基二月桂酸锡、二辛基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、钛酸四正丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯中的一种或几种。

11.根据权利要求1或2所述的双组分室温硫化硅橡胶，其特征在于，所述A组分由α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷和无机填料组成；所述B组分由交联剂、偶联剂、无机填料、分散介质和催化剂组成。

12.权利要求1至11中任一项所述的双组分室温硫化硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备A组分：按比例将羟基封端的聚二甲基硅氧烷和无机填料混合，保持真空-0.08～-0.09MPa，转速400～800r/min，搅拌60～120min，冷却至室温，获得A组分；

(2)制备B组分：按比例将填料、分散介质、交联剂、偶联剂、催化剂混合，保持真空-0.08～-0.09MPa，转速400～800r/min，搅拌60～120min，冷却至室温，获得B组分；

(3)使用时，将所述A组分和B组分按重量份100:(7～20)混合均匀，得到双组分室温硫化硅橡胶。

13.权利要求1至11中任一项所述的双组分室温硫化硅橡胶或权利要求12所述的制备方法在太阳能光伏组件组装中的应用。