CN113956667B - 一种发泡硅橡胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属高分子材料技术领域，公开了一种发泡硅橡胶及其制备方法和应用，制备发泡硅橡胶的原料组分包括A组分和B组分；A组分包括乙烯基硅油、补强填料、发泡剂和铂催化剂；B组分包括乙烯基硅油、阻燃填料、交联剂和助发泡剂；A组分和B组分的重量份之比为1：(0.5‑1.5)。本发明所得发泡硅橡胶在室温下只需10分钟以内即可完成发泡固化，极大地提高了成型效率，制得发泡硅橡胶的密度可以在0.3g/cm3～0.65g/cm3范围内可调，垂直阻燃性能达到UL‑94V‑0级，且压缩永久变形量＜1.5％，应用前景广泛。

Description

一种发泡硅橡胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种发泡硅橡胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着电子电器行业的发展，电子电器产品应用越来越广泛，精密程度也越来越高。许多电子电器原件都需要定点、定位的减震密封，因此，能够用于精确点胶的在线成型发泡密封材料应运而生，同时，聚氨酯发泡材料是一种密封材料，其在室温下的发泡性能稳定，成为目前应用最广的在线成型发泡密封材料，但是，聚氨酯发泡材料耐候性和耐温性较差，使用一定段时间后密封性会下降，需要定期更换。
而硅橡胶发泡材料耐候和耐温性能优异，能够长期使用。但现在常用的硅橡胶发泡材料较多是，用醇类和羟基硅油实现发泡或使用碳原子数≥2的有机醇类物质发泡等，各自存在的缺陷分别为：醇类活性较低，发泡速率慢不适合用于在线成型发泡；羟基硅油发泡活性较高，发泡速率也快，但是羟基硅油发泡的时会严重增加硅橡胶的交联密度，造成硅橡胶变脆，因此也并不适合用于在线成型发泡；碳原子数≥2的有机醇类物质发泡效率较低，配合低沸点的醚、氟烃类物质能够相对提高发泡效率，但是低沸点醚和氟烃均为挥发性有机物，对人和环境均有危害，特别是氟烃会破坏臭氧层；并且低沸点物质的发泡效果受环境温度影响大，使用很受限制，无法满足市场需求。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种发泡硅橡胶及其制备方法和应用，所得发泡硅橡胶能够在室温下实现均匀、快速发泡固化。
本发明的发明构思是：本发明通过将A组分和B组分进行混合点胶后，助发泡剂与发泡剂反应产生甲醇，所得的甲醇与含氢硅油在铂催化剂催化下反应产生大量气体形成气泡，同时，加入的分散剂也有效保证了助发泡剂在硅胶中的分散均匀性，使得助发泡剂与发泡剂能够在胶体中均匀混合，产生甲醇并反应发泡，从而形成均匀的泡孔，通过本发明所得的发泡硅橡胶在室温下，且只需10分钟以内即可完成发泡固化，极大地提高了成型效率，制得发泡硅橡胶的密度可以在0.3g/cm3～0.65g/cm3范围内可调，阻燃性能达到UL-94V-0级，且压缩永久变形量＜1.5％。
本发明的第一方面是提供一种发泡硅橡胶。
具体地，一种发泡硅橡胶，制备所述发泡硅橡胶的原料组分包括A组分和B组分；所述A组分包括乙烯基硅油、补强填料、发泡剂、铂催化剂和分散剂；所述B组分包括乙烯基硅油、阻燃填料、交联剂和助发泡剂；所述A组分与所述B组分的重量份之比为1：(0.5-1.5)。
作为上述方案的进一步改进，按重量份计，所述A组分包括乙烯基硅油50-80份、补强填料10-50份、发泡剂5-25份和铂催化剂0.5-5份；优选地，所述B组分包括乙烯基硅油50份、阻燃填料20-80份、交联剂10-40份和助发泡剂1-5份。
作为上述方案的进一步改进，所述乙烯基硅油的乙烯基含量为0.2wt％～2wt％，粘度为100～20000mPa·s。
作为上述方案的进一步改进，所述发泡剂选自四甲氧基硅烷、1,2-双三甲氧基硅基乙烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或碳酸氢钠中至少一种。
进一步地，所述铂催化剂选自氯铂酸的异丙醇溶液、铂-乙烯基络合物或铂-炔烃基络合物中的至少一种。
进一步地，所述补强填料选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、碳酸钙或硅微粉中的至少一种；优选地，所述补强填料优选为经疏水处理的气相二氧化硅和/或沉淀二氧化硅。具体地，气相二氧化硅和沉淀二氧化硅均具有较好的补强效果，能够显著提高发泡硅橡胶的力学性能，优选经疏水处理的气相或者沉淀二氧化硅，这主要是由于二者的水含量和表面羟基含量低，可有效避免在制胶过程中二者与发泡剂反应产生甲醇(真空脱泡时甲醇会被脱出)，而甲醇会消耗发泡剂，从而降低最终的发泡效果。
作为上述方案的进一步改进，所述A组分还包括色浆、阻燃填料、交联剂、助发泡剂、分散助剂和抑制剂中的至少一种；优选地，按重量份计所述A组分还包括色浆0-5份、阻燃填料0-2份、交联剂0-2份、助发泡剂0-2份、分散助剂0-2份和抑制剂0-2份。
具体地，所述色浆选自硅胶用色浆，具体包括炭黑色浆和/或钛白粉色浆；
所述阻燃填料选自氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌或膨胀石墨中的至少一种；
所述交联剂包括含氢硅油；所述含氢硅油中所含氢的质量分数为0.2％～1.5％，粘度为18～500mPa·s。
进一步地，所述分散助剂选自硅烷改性聚醚、聚醚改性硅油、高级脂肪醇或高级脂肪酸酯；所述分散助剂能够有助于发泡剂和助发泡剂等原料或助剂在硅橡胶中更好的分散，从而提高硅橡胶成品的综合性能。
所述抑制剂选自多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物和马来酸酯类化合物；所述多乙烯基聚硅氧烷包括四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
作为上述方案的进一步改进，所述B组分还包括分散助剂和抑制剂；优选地，按重量份计，所述B组分还包括分散助剂1-5份和抑制剂0-2份。
具体地，所述抑制剂选自多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物和马来酸酯类化合物；所述多乙烯基聚硅氧烷包括四甲基四乙烯基环四硅氧烷。所述分散助剂选自硅烷改性聚醚、聚醚改性硅油、高级脂肪醇或高级脂肪酸酯，所述分散助剂能够有助于发泡剂和助发泡剂等原料或助剂在硅橡胶中更好的分散，从而提高硅橡胶成品的综合性能。所述抑制剂选自多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物和马来酸酯类化合物；所述多乙烯基聚硅氧烷包括四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
作为上述方案的进一步改进，所述助发泡剂选自水、粘度为10～500mPa·s的端羟基聚甲基硅氧烷、粘度为10～100mPa·s的羟基硅油中至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述发泡硅橡胶的密度为0.3g/cm3～0.65g/cm3。
本发明的第二方面是提供上述发泡硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
制备A组分：按配方取乙烯基硅油和补强填料，经搅拌混合，再加入发泡剂和铂催化剂，真空搅拌，经过滤除杂，得A组分；
制备B组分：按配方取乙烯基硅油和阻燃填料，经搅拌混合，再加入交联剂和助发泡剂，真空搅拌，经过滤除杂，得B组分；
混合点胶：将分别所得的所述A组分和所述B组分按重量份为1：(0.5-1.5)经混合点胶，得所述发泡硅橡胶。
具体地，混合点胶的过程为：将分别所得的所述A组分和所述B组分分别装入点胶机的进料容器，调整比例按重量份为1：(0.5-1.5)进料混合，根据需要按预定程序在固定位置进行点胶，即得所述发泡硅橡胶。
作为上述方案的进一步改进，所述混合点胶包括动态混合点胶和静态混合点胶。
具体地，所述搅拌过程中采用的是行星搅拌机或高速分散机；所述真空搅拌的时长约为0.5小时。
本发明的第三方面是提供上述发泡硅橡胶的应用。
本发明所述发泡硅橡胶在电子器件中的应用。
优选的，本发明所述发泡硅橡胶在电子器件的密封中的应用。
进一步优选的，所述密封为电子器件的定点、定位的减震密封。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明通过将A组分和B组分进行混合点胶后，助发泡剂与发泡剂反应产生甲醇，所得的甲醇与含氢硅油在铂催化剂催化下反应产生大量气体形成气泡，同时，加入的分散剂也有效保证了助发泡剂在硅胶中的分散均匀性，使得助发泡剂与发泡剂能够在胶体中均匀混合，产生甲醇并反应发泡，从而形成均匀的泡孔，通过本发明所得的发泡硅橡胶在室温下，且只需10分钟以内即可完成发泡固化，极大地提高了成型效率，制得发泡硅橡胶的密度可以在0.3g/cm3～0.65g/cm3范围内可调，阻燃性能达到UL-94V-0级，且压缩永久变形量＜1.5％；同时，本发明发泡硅橡胶的制备工艺简单，原料易得；制得的发泡硅橡胶适用于电子器件，应用前景广泛，符合市场需求。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。混合点胶的相关工艺均为本领域技术人员熟知的常规工艺。
实施例1
一种发泡硅橡胶，制备发泡硅橡胶的原料组分包括A组分和B组分；A组分包括50份粘度为2000mPa·s且乙烯基含量为0.35％的乙烯基硅油(500mPa·s与6000mPa·s乙烯基硅油混合)、20份疏水气相二氧化硅、1份炭黑色浆、15份四甲氧基硅烷和1份铂-乙烯基络合物；B组分包括50份粘度为2000mPa·s且乙烯基含量0.35％的乙烯基硅油(500mPa·s与6000mPa·s乙烯基硅油混合)，30份氢氧化铝、10份粘度为50mPa·s且含氢质量分数1.5％的含氢硅油、1份水、0.5份硅烷改性聚醚、3份聚醚改性硅油和0.2份四甲基四乙烯基环四硅氧烷；A组分与B组分的重量份之比为1：1。
一种发泡硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
制备A组分：将50份粘度为2000mPa·s且乙烯基含量为0.35％的乙烯基硅油(500mPa·s与6000mPa·s乙烯基硅油混合)、20份疏水气相二氧化硅和1份炭黑色浆混合均匀，加入15份四甲氧基硅烷、1份铂-乙烯基络合物混合均匀，真空搅拌，经过滤除杂，脱去气泡，得A组分；
制备B组分：将50份粘度为2000mPa·s且乙烯基含量为0.35％的乙烯基硅油(500mPa·s与6000mPa·s乙烯基硅油混合)，30份氢氧化铝混合均匀，加入10份粘度为50mPa·s、含氢质量分数1.5％的含氢硅油、1份水、0.5份硅烷改性聚醚、3份聚醚改性硅油、0.2份四甲基四乙烯基环四硅氧烷混合均匀，真空搅拌，经过滤除杂，脱去气泡，得B组分；
将分别所得的A组分和B组分按重量份为1：1经混合点胶工艺，制得发泡硅橡胶实施例成品1；其中点胶工艺为本领域技术人员熟知的常规工艺。
实施例2
一种发泡硅橡胶，制备发泡硅橡胶的原料组分包括A组分和B组分；A组分包括50份粘度为1000mPa·s且乙烯基含量0.55％的乙烯基硅油(100mPa·s与20000mPa·s乙烯基硅油混合)、20份疏水气相二氧化硅、1份炭黑色浆、0.4份小苏打、20份四甲氧基硅烷、0.5份粘度为100mPa·s的羟基硅油、0.4份粘度为100mPa·s的端羟基聚甲基硅氧烷、1份铂-乙烯基络合物；B组分包括50份粘度为1000mPa·s且乙烯基含量0.55％的乙烯基硅油(100mPa·s与20000mPa·s乙烯基硅油混合)，30份氢氧化铝、30份粘度为50mPa·s且含氢质量分数1.5％的含氢硅油、2份水、3份聚醚改性硅油和0.2份四甲基四乙烯基环四硅氧烷；A组分与B组分的重量份之比为1：1。
一种发泡硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
制备A组分：将50份粘度为1000mPa·s且乙烯基含量为0.55％的乙烯基硅油(100mPa·s与20000mPa·s乙烯基硅油混合)、20份疏水气相二氧化硅、1份炭黑色浆、0.4份小苏打混合均匀，加入20份四甲氧基硅烷、0.5份粘度为100mPa·s的羟基硅油、0.4份粘度为100mPa·s的端羟基聚甲基硅氧烷、1份铂-乙烯基络合物混合均匀，真空搅拌，经过滤除杂，脱去气泡，得A组分；
制备B组分：将50份粘度为1000mPa·s且乙烯基含量为0.55％的乙烯基硅油(100mPa·s与20000mPa·s乙烯基硅油混合)，30份氢氧化铝混合均匀，加入30份粘度为50mPa·s、含氢质量分数1.5％的含氢硅油、2份水、3份聚醚改性硅油、0.2份四甲基四乙烯基环四硅氧烷混合均匀，真空搅拌，经过滤除杂，脱去气泡，得B组分；
将分别所得的A组分和B组分按重量份为1：1经混合点胶工艺，制得发泡硅橡胶实施例成品2。
实施例3
一种发泡硅橡胶，制备发泡硅橡胶的原料组分包括A组分和B组分；A组分包括50份粘度为3000mPa·s且乙烯基含量0.55％的乙烯基硅油(300mPa·s与10000mPa·s乙烯基硅油混合)、15份疏水气相二氧化硅、5份碳酸钙、1份炭黑色浆、15份四甲氧基硅烷、1份铂-乙烯基络合物；B组分包括50份粘度为3000mPa·s且乙烯基含量0.55％的乙烯基硅油(300mPa·s与10000mPa·s乙烯基硅油混合)，40份氢氧化镁、20份粘度为200mPa·s且含氢质量分数为0.75％的含氢硅油、2份水、3份油酸甲酯、0.2份四甲基四乙烯基环四硅氧烷；A组分与B组分的重量份之比为1：1。
一种发泡硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
制备A组分：将50份粘度为3000mPa·s且乙烯基含量为0.55％的乙烯基硅油(300mPa·s与10000mPa·s乙烯基硅油混合)、15份疏水气相二氧化硅、5份碳酸钙、1份炭黑色浆混合均匀，加入15份四甲氧基硅烷、1份铂-乙烯基络合物混合均匀，真空搅拌，经过滤除杂，脱去气泡，得A组分；
制备B组分：将50份粘度为3000mPa·s且乙烯基含量为0.55％的乙烯基硅油(300mPa·s与10000mPa·s乙烯基硅油混合)，40份氢氧化镁混合均匀，加入20份粘度为200mPa·s、含氢质量分数0.75％的含氢硅油、2份水、3份油酸甲酯、0.2份四甲基四乙烯基环四硅氧烷混合均匀，真空搅拌，经过滤除杂，脱去气泡，得B组分；
将分别所得的A组分和B组分按重量份为1：1经混合点胶工艺，制得发泡硅橡胶实施例成品3。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1中未添加水，其它制备原料及制备工艺均相同，制得发泡硅橡胶的对比例成品1。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例1将A组分中的四甲氧基硅烷替换为乙醇，其它制备原料及制备工艺均相同，制得发泡硅橡胶的对比例成品2。
对比例3
对比例3与对比例2的区别在于，对比例3中未添加硅烷改性聚醚和聚醚改性硅油，其它制备原料及制备工艺均相同，制得发泡硅橡胶的对比例成品3。
产品性能和效果测试
将实施例1-3和对比例1-3分别所得的发泡硅橡胶成品，分别从外观、密度、抗张强度、压缩永久变形及阻燃等级测试。其中，测试标准或方法分别为目测、GB/T 6343-2009泡沫塑料及橡胶表观密度的测定、ASTM D412-2006硫化橡胶和热塑性弹性体拉伸试验方法、GB/T7759.1-2015硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形的测定、UL94设备和器具部件用塑料材料的可燃性试验，所得结果如下表1所示。
表1
Figure BDA0003316346510000071
Figure BDA0003316346510000081
从表1可以看出，实施例1-3制备的发泡硅橡胶按质量比1：1使用点胶设备打胶在室温下能够稳定发泡，可以根据实际需求调整固化发泡时间在1～10分钟范围，密度在0.3g/cm3～0.65g/cm3范围，压缩永久变形＜1.5％，垂直燃烧性能达到UL-94V-0级；对比例1未添加水(助发泡剂)、对比例2的发泡剂为乙醇，均几乎不能发泡产生泡孔，对比例3未添加分散剂，造成发泡不均一。
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.一种发泡硅橡胶，其特征在于，制备所述发泡硅橡胶的原料组分包括A组分和B组分；所述A组分包括乙烯基硅油、补强填料、发泡剂、铂催化剂；所述B组分包括乙烯基硅油、阻燃填料、交联剂和助发泡剂；所述A组分与所述B组分的重量份之比为1：(0.5-1.5)；所述发泡剂选自四甲氧基硅烷、1,2-双三甲氧基硅基乙烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中至少一种；所述补强填料选自经疏水处理的气相二氧化硅、经疏水处理的沉淀二氧化硅、碳酸钙或硅微粉中的至少一种；所述助发泡剂选自水、粘度为10～500mPa·s的端羟基聚甲基硅氧烷或粘度为10～100mPa·s的羟基硅油中至少一种。
2.根据权利要求1所述的发泡硅橡胶，其特征在于，按重量份计，所述A组分包括乙烯基硅油50-80份、补强填料10-50份、发泡剂5-25份和铂催化剂0.5-5份；所述B组分包括乙烯基硅油50份、阻燃填料20-80份、交联剂10-40份和助发泡剂1-5份。
3.根据权利要求1所述的发泡硅橡胶，其特征在于，所述乙烯基硅油的乙烯基含量为0.2wt％～2wt％，粘度为100～20000mPa·s。
4.根据权利要求1所述的发泡硅橡胶，其特征在于，所述铂催化剂选自氯铂酸的异丙醇溶液、铂-乙烯基络合物或铂-炔烃基络合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的发泡硅橡胶，其特征在于，所述A组分还包括色浆、阻燃填料、交联剂、助发泡剂、分散助剂和抑制剂中的至少一种；按重量份计，所述A组分还包括色浆0-5份、阻燃填料0-2份、交联剂0-2份、助发泡剂0-2份、分散助剂0.1-2份和抑制剂0-2份。
6.根据权利要求1所述的发泡硅橡胶，其特征在于，所述B组分还包括分散助剂和抑制剂；按重量份计，所述B组分还包括分散助剂1-5份和抑制剂0-2份。
7.根据权利要求1所述的发泡硅橡胶，其特征在于，所述发泡硅橡胶的密度为0.3g/cm3～0.65g/cm3。
8.权利要求1至4任一项所述的发泡硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备A组分：按配方取乙烯基硅油和补强填料，经搅拌混合，再加入发泡剂和铂催化剂，真空搅拌，经过滤除杂，得A组分；
制备B组分：按配方取乙烯基硅油和阻燃填料，加入交联剂和助发泡剂，真空搅拌，经过滤除杂，得B组分；
混合点胶：将分别所得的所述A组分和所述B组分按重量份为1：(0.5-1.5)经混合点胶，得所述发泡硅橡胶。
9.权利要求1至7任一项所述的发泡硅橡胶在电子器件中的应用。
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