CN114144302B - 整体层状制品以及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种整体改性聚烯烃树脂/硅酮弹性体层状制品以及其生产方法。整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品包含聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的成型层。所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或‑OH基团。硅酮弹性材料层随后由包含一种或多种粘合促进剂的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物固化。

Description

整体层状制品以及其制造方法
本公开涉及一种整体改性聚烯烃树脂/硅酮弹性体层状制品以及其生产方法。
硅酮弹性材料在电气和电子设备和汽车领域的如耐热性和耐候性的应用方面被公认为高度可靠。虽然在一些应用中硅酮弹性材料可单独使用,但在其它应用中,期望具有与热塑性树脂,尤其是聚烯烃树脂组合的整体层状例如模制品,其中聚烯烃树脂和硅酮弹性材料牢固地联合或键合在一起。这些整体层状制品也被认为有益于电气设备、电子设备、汽车、精密机器等的某些应用。
然而,鉴于聚烯烃树脂没有可用于将这类树脂连接到基于硅酮弹性体的产物的官能团,因此对这些整体层状制品的需求给工业带来长期挑战。聚烯烃例如聚乙烯和聚丙烯的非反应性已被证明是这类整体制品开发中的缺点,因为已证明聚烯烃树脂(例如,聚乙烯树脂或聚丙烯树脂)和硅酮弹性体之间难以产生强键合。以下公开内容旨在解决将聚烯烃树脂如聚丙烯和聚乙烯树脂粘附到氢化硅烷化固化的硅橡胶上的挑战。
已经提出多种方法来在聚烯烃和硅酮弹性材料界面处产生键合。举例来说,聚乙烯树脂制品的表面已通过电晕放电或等离子辉光放电进行处理以产生可固化硅橡胶材料可施加并且随后固化的反应性表面。然而,发现聚乙烯树脂/硅酮弹性体的键合强度对于工业/实际用途而言不足够强。
底漆已被提议用于在加成固化型硅酮弹性材料和有机树脂之间提供所需的键合。举例来说,已知通过将底漆施加到预先形成的树脂制品的表面、将未固化的硅酮弹性组合物施加到其上并且将组合物固化到预先形成的树脂制品上来形成键合。还努力通过直接固化到聚烯烃树脂上来粘附自粘性硅酮弹性体组合物。两者都被证明不太成功。
在US2008177000和US2011060099中,已将含有氢化硅烷化可固化基团的硅氧烷基聚合物作为添加剂引入有机树脂中,以期经由树脂/硅酮界面处的氢化硅烷化反应将液体硅酮弹性体组合物粘附到树脂基材上。类似地,已经将有机氢聚硅氧烷作为添加剂引入烯烃树脂中,但发现它们在聚烯烃树脂内的存在可不利地影响树脂材料的特性并且因此基本上否定这一选择。EP 276,790公开一种将硅橡胶整体接合到烯烃树脂的方法,所述烯烃树脂接枝具有脂肪族不饱和基团和附接到硅原子的可水解基团的化合物,并且在US5366806中描述一种用于将硅橡胶整体接合到聚烯烃树脂的方法,所述聚烯烃树脂中添加含有不饱和基团和直接附接到硅原子的氢原子的化合物。
虽然先前的努力已被设计成以添加剂的形式在氢化硅烷化可固化基团之间产生键合或以硅酮弹性体组合物中的氢化硅烷化可固化基团接枝到聚烯烃树脂上,但本公开寻求提供一种从聚烯烃树脂和氢化硅烷化固化硅酮弹性体组合物产生整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的替代途径。
提供一种整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其包含:
聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的成型层,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;和
化学结合到成型层的硅酮弹性材料层,所述硅酮弹性材料层由包含一种或多种粘合促进剂的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物固化。
还提供一种整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其通过以下步骤可获得或获得:
将聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃预先形成为成型层,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;
使聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层与氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物接触,和
固化硅酮弹性体组合物,使所述组合物在低于聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的软化点的温度下与聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层化学结合,以形成所述整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品。
还提供一种用于制备整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的方法,其包含以下步骤:
将聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃预先形成为成型层,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;
使聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层与氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物接触,和
固化硅酮弹性体组合物,使所述组合物在低于聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的软化点的温度下与聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层化学结合,以形成所述整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品。
还提供一种整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的用途,其用于汽车应用、医疗应用、消费和工业应用、电子应用和/或3-D打印应用,所述制品包含
由聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃制成的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;和
氢化硅烷化固化的硅橡胶层。
将官能团(例如羟基、三甲氧基甲硅烷基和羧酸)掺入聚烯烃树脂中提供可接近的化学键,其能够与引入到氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物中的Si-H基团经历缩合反应,从而避免在聚烯烃部件上使用表面处理技术(例如,电晕和等离子体)的任何需要和/或在树脂中的接枝或包埋基团与液体硅酮弹性体组合物的表面处的氢化硅烷化反应性基团之间的氢化硅烷化相互作用的需要。
不受当前理论的束缚,据信三烷氧基甲硅烷基接枝化合物中的烷氧基在环境条件下经历水解,所述水解在存在粘合促进剂的潜在组分列表中所列类型的缩合固化催化剂的情况下加速,并且然后随后与来自硅橡胶的Si-H键经历缩合反应,所述反应由用于固化硅橡胶的氢化硅烷化催化剂催化,例如,
-Si-OH+RSi-H→-Si-O-SiR+H2
此外,如果硅橡胶中存在空间上不受阻碍的-OH基团或烷氧基,例如当存在于硅橡胶中或用作底漆时来自粘合促进剂,那么在附接到接枝聚烯烃的羟基和硅橡胶中/上的羟基或烷氧基之间可发生缩合反应。
[聚烯烃]--Si-OH+HOSi-[硅橡胶]→[聚烯烃]--Si-O-Si--[硅橡胶]-+H2O
当丙烯酸基团如上所述接枝到聚烯烃上时,羧酸基可与来自硅橡胶的Si-H基团反应,这由硅橡胶中存在的氢化硅烷化催化剂即基于铂的催化剂再次催化。[聚烯烃]--C(=O)-OH+H-Si--[硅橡胶]→[聚烯烃]--C(=O)-O-Si--[硅橡胶]+H2
并且同样地,在-OH基团从聚烯烃共聚物(例如,与亚烷基乙烯醇共聚)侧挂的情况下,这些基团也将经历由氢化硅烷化催化剂典型地为基于铂的催化剂再次催化的以下缩合反应。
[聚烯烃]-OH++H-Si--[硅橡胶]→[聚烯烃]-O-Si-[硅橡胶]+H2
根据结合到聚烯烃基树脂的基团,很可能发生上述反应的组合以帮助粘合。
含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团的聚烯烃基共聚物可为通过以下而制成的任何合适的共聚物:将合适的烯烃单体如聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯和聚丁烯与合适的共聚单体共聚,为了实例起见,所述共聚单体为如其中亚烷基含有2个到15个碳,可替代地2个到10个碳的亚烷基乙烯醇,可替代地可选自乙烯乙烯醇、丙烯乙烯醇、丁烯乙烯醇、乙烯丁烯醇、丙烯丁烯醇、丁基丁烯醇。乙烯己烯醇、丙烯己烯醇和/或丁烯己烯醇。共聚可以任何合适的方式发生。
含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团的接枝聚烯烃可为接枝有含有上述基团中的一个或多个的含硅化合物的聚烯烃。如上文所描述的聚烯烃树脂可包括例如聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯和聚丁烯。可经历任何合适的接枝方法将甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团引入聚烯烃树脂上。举例来说,可使用含有所需基团和能够与可在聚烯烃树脂上产生的自由基进行自由基反应的至少一个脂肪族不饱和基团的化合物将基团接枝到聚烯烃上。脂肪族不饱和基团可选自例如烯基如乙烯基、烯丙基、丙烯基和丁烯基;和丙烯酰氧基丙基、甲基丙烯酰氧基丙基、环己烯基、环戊二烯基、乙炔基和肉桂基丙基等。
再次为了实例起见,可通过在期望温度下加热并且将含硅化合物分散在聚烯烃树脂中来接枝聚烯烃树脂。可利用任何合适的混合设备,只要组分混合均匀即可。实例可包括但不限于可使用捏合机、班伯里混合器、螺杆挤出机等。
当使用含有所需基团和至少一个脂肪族不饱和基团的化合物发生接枝时,自由基引发剂可用以在聚烯烃上产生可与所述不饱和基团反应的自由基。合适的自由基引发化合物的实例包括但不限于有机过氧化物,如经取代或未经取代的二烷基-、烷基芳酰基-、二芳酰基-过氧化物,例如过氧化苯甲酰和过氧化2,4-二氯苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯、双(叔丁基过氧化异丙基)苯双(叔丁基过氧化)-2,5-二甲基己炔2,4-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、二叔丁基过氧化物、2,5-双(叔丁基过氧化)-2,5-二甲基己烷、过乙酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-二-叔丁基过氧化己烷、2,5-二甲基-2,5-二-叔丁基过氧化己炔。可替代地,可使用过苯甲酸叔丁酯;偶氮化合物,如偶氮二异丁腈和二甲基偶氮二异丁酯,但出于可用性和处置容易性,有机过氧化物为优选的。
在使用这类自由基引发化合物的情况下,有时将系统加热到足以释放自由基的温度为有利的。更具体地,选择高于聚烯烃树脂的软化点的温度以进行有效混合,并且选择在100℃和200℃之间的温度以进行自由基的有效释放。因此,建议在100℃和200℃之间和高于聚烯烃树脂的软化点的温度下进行处理。自由基引发化合物优选地以每100重量份聚烯烃树脂约0.01至约2重量份,更优选地约0.05至约0.5重量份的量共混。
应当理解,当使用的含硅化合物为聚合物时,不必在自由基引发化合物的存在下加热和混合聚合物和聚烯烃树脂。高于聚烯烃树脂的软化点的组分的简单混合将产生所需的接枝聚烯烃。
一旦制备聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团,就使用任何合适的方法例如模制将其形成为预定形状的制品。成型制品的形状不受特别限制并且为了实例起见可采用膜、片材、纤维、板、杆、棒或取决于制品的最终用途的另一形状的形式。根据常规的聚烯烃树脂成型技术,例如合适的模制过程,可利用任何合适的技术。一种示例性的已知技术为将改性聚烯烃树脂造粒,在其软化点或更高温度下加热树脂,将树脂注射到模腔中,并且将树脂冷却到其软化点以下。可使用任何期望的模制机,如注射模制机和传递模制机。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物典型地包含
组分(i),在25℃下粘度为1000至500,000毫帕.秒的每分子含有至少两个烯基和/或炔基的一种或多种聚二有机硅氧烷聚合物
组分(ii)增强填料,如任选地用一种或多种已知填料处理剂处理的细碎二氧化硅;
组分(iii)每分子具有至少2个,可替代地至少3个硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷;和
组分(iv)氢化硅烷化催化剂;并且还可包含一种或多种合适的添加剂;和
组分(v)一种或粘合促进剂。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的组分(i)为在25℃下粘度为1000至500,000毫帕.秒的每分子含有至少两个烯基和/或炔基的一种或多种聚二有机硅氧烷聚合物。聚二有机硅氧烷聚合物(i)具有多个式(I)的单元:
RaSiO(4-a)/2 (I)
其中每个R独立地选自脂肪族烃基、芳族烃基或有机基团(即在碳原子处具有一个自由价的任何有机取代基,无论官能团类型如何)。饱和脂肪族烃基通过以下例示但不限于如甲基、乙基、丙基、戊基、辛基、十一烷基和十八烷基等烷基和如环己基等环烷基。不饱和脂肪族烃基通过以下例示但不限于如乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、环己烯基和己烯基等烯基;和炔基。芳族烃基通过以下例示但不限于苯基、甲苯基、二甲苯基、苄基、苯乙烯基和2-苯乙基。有机基团通过以下例示但不限于如氯甲基和3-氯丙基等卤代烷基;如氨基、酰氨基、亚氨基、亚酰胺基等含氮基团;如聚氧化烯基团、羰基、烷氧基和羟基等含氧基团。另外的有机基团可包括含硫基团、含磷基团和/或含硼基团。下标“a”可以是0、1、2或3,但典型地主要是2或3。
当R为有机基团典型地甲基时,甲硅烷氧基单元可以用简写(缩写)命名法来描述,即-“M”、“D”、“T”和“Q”(关于硅酮命名法的进一步教导可见于Walter Noll,《硅酮化学与技术(Chemistry and Technology of Silicones)》,日期为1962,第I章,第1-9页)。M单元对应于a=3的甲硅烷氧基单元,即R3SiO1/2;D单元对应于a=2的甲硅烷氧基单元,即R2SiO2/2;T单元对应于a=1的甲硅烷氧基单元,即R1SiO3/2;Q单元对应于a=0的甲硅烷氧基单元,即SiO4/2
聚二有机硅氧烷聚合物(i)上的典型基团的实例主要包括烯基、烷基和/或芳基。基团可在侧位(在D或T甲硅烷氧基单元上)或可在末端(在M甲硅烷氧基单元上)。聚二有机硅氧烷聚合物(i)中合适的烯基典型地含有2个到10个碳原子,例如乙烯基、异丙烯基、烯丙基和5-己烯基。
附接到聚二有机硅氧烷聚合物(i)的除烯基和/或炔基外的硅键合的有机基团典型地选自一价饱和烃基和一价芳族烃基,所述一价饱和烃基典型地含有1个到10个碳原子,所述一价芳族烃基典型地含有6个到12个碳原子,其未经取代或经如卤素原子的不干扰本发明组合物固化的基团取代。硅键合的有机基团的优选种类是,例如,如甲基、乙基和丙基等烷基;以及如苯基等芳基。
聚二有机硅氧烷聚合物(i)的分子结构典型地为线性的,然而,由于T基团(如先前所描述的)的存在,分子内可以有一些支化。
为了在通过使如上文所描述的组合物固化而制备的弹性体中获得有用水平的物理特性,聚二有机硅氧烷聚合物(i)在25℃下的粘度应至少为1000毫帕.秒。聚二有机硅氧烷聚合物(i)的粘度上限限制为在25℃下的粘度为至多500,000毫帕.秒。
通常,组分(i)的每分子含有至少两个硅键合的烯基的聚二有机硅氧烷或每种聚二有机硅氧烷在25℃下的粘度为1000毫帕.秒至150,000毫帕.秒,可替代地2000毫帕.秒至125,000毫帕.秒,可替代地2000毫帕.秒至100,000毫帕.秒,在25℃下使用旋转粘度计使用转子(LV-4)并且根据聚合物粘度调整速度来测量在1,000-2,000,000毫帕.秒之间的范围内的粘度。
聚二有机硅氧烷聚合物(i)可选自聚二甲基硅氧烷、烷基甲基聚硅氧烷、烷基芳基聚硅氧烷或其共聚物,其含有例如烯基和/或炔基,并且可具有任何合适的端基,例如,所述端基可为三烷基封端的、烯基二烷基封端的或可用任何其它合适的端基组合封端,条件是每种聚合物每分子含有至少两个烯基和/或炔基。因此,为了实例起见,聚二有机硅氧烷聚合物(i)可为二甲基乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基甲基苯基硅氧烷、三烷基封端的二甲基甲基乙烯基聚硅氧烷或二烷基乙烯基封端的二甲基甲基乙烯基聚硅氧烷共聚物。
举例来说,在两个末端处含有烯基和/或炔基的聚二有机硅氧烷聚合物(i)可由通式(II)表示:
R'R”R”'SiO-(R”R”'SiO)m-SiOR”'R”R' (II)
在式(II)中,每个R'可为烯基或炔基,其典型地含有2个到10个碳原子。烯基包括但不限于乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、烯基化环己基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基或类似的直链和支链烯基和烯基化芳族环结构。炔基可选自但不限于乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、炔基化环己基、庚炔基、辛炔基、壬炔基、癸炔基或类似的直链和支链烯基和烯基化芳族环结构。
R”不含有烯键式不饱和度,每个R”可以相同或不同并且单独选自一价饱和烃基和一价芳族烃基,所述一价饱和烃基典型地含有1个到10个碳原子,所述一价芳族烃基典型地含有6个到12个碳原子。R”可以未经取代或经如卤素原子等一个或多个不干扰本发明组合物固化的基团取代。R”'是R'或R”。
有机聚硅氧烷聚合物(i)典型地以组合物的40至80wt%的量存在。
(ii)增强填料
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的组分(ii)为如细碎二氧化硅的增强填料。二氧化硅和其它增强填料(ii)通常用一种或多种已知的填料处理剂处理以防止在可固化组合物的处理期间出现称为“起皱”或“起皱硬化”的现象。
细碎形式的二氧化硅为优选的增强填料(ii)。气相二氧化硅为特别优选的,因为它们的表面积相对较高,典型地至少为50m2/g(根据ISO 9277:2010的BET方法)。典型地使用表面积为50到450m2/g(根据ISO 9277:2010的BET方法),可替代地50到300m2/g(根据ISO9277:2010的BET方法)的填料。可替代地,增强二氧化硅也可以是或包括沉淀和/或胶态二氧化硅。每种类型的二氧化硅都为可商购的。
本文组合物中增强填料(ii)例如细碎二氧化硅的量为5到40wt%,可替代地5到30wt%。在一些情况下,增强填料的量可为按组合物的重量计的7.5到30wt.%,可替代地10到30wt.%,可替代地按组合物的重量计的15到30wt.%。
当增强填料(ii)为天然亲水性的(例如,未经处理的二氧化硅填料)时,典型地用处理剂对其进行处理以使其疏水。这些表面改性增强填料(ii)不结块,并且可均匀地掺入聚二有机硅氧烷聚合物(i)中,因为表面处理使填料易于被聚二有机硅氧烷聚合物(i)润湿。这导致组合物和由此固化的所得固化材料的室温机械流变特性改进。
表面处理可在引入组合物之前或原位进行(即,在存在本文组合物的其它组分的至少一部分的情况下,通过在室温或更高温度下将这些组分共混在一起直到完全处理填料为止。典型地,未经处理的增强填料(ii)在存在聚二有机硅氧烷聚合物(i)的情况下用处理剂原位处理,随后混合获得硅橡胶基础材料,可以向所述硅橡胶基础材料添加其它组分。
典型地,增强填料(ii)可以用本领域公开的任何低分子量有机硅化合物进行表面处理,以防止有机硅氧烷组合物在处理期间起皱。举例来说,有机硅烷、聚二有机硅氧烷或有机硅氮烷,例如六烷基二硅氮烷、短链硅氧烷二醇或脂肪酸或如硬脂酸酯的脂肪酸酯使一种或多种填料疏水,并且因此更易于处理并且获得与其它组分的均匀混合物。具体实例包括但不限于硅烷醇封端的三氟丙基甲基硅氧烷、硅烷醇封端的ViMe硅氧烷、四甲基二(三氟丙基)二硅氮烷、四甲基二乙烯基二硅氮烷、硅烷醇封端的MePh硅氧烷、每个分子中含有平均2个到20个二有机硅氧烷重复单元的液体羟基封端的聚二有机硅氧烷、六有机二硅氧烷、六有机二硅氮烷。少量的水可以与作为加工助剂的一种或多种二氧化硅处理剂一起添加。
组合物可包括一种或多种任选的添加剂,但组合物的总重量%为100wt%,并且聚合物(i)的烯基和/或炔基含量通过滴定确定。
如本文所描述的组合物使用包含以下的氢化硅烷化固化包固化:每分子具有3个或更多个硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷(组分iii)和氢化硅烷化催化剂(组分iv)。
(iii)有机氢聚硅氧烷
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的组分(iii)为有机氢聚硅氧烷,其通过组分(iii)中的硅键合的氢原子与组分(i)中的烯基在下文要提及的组分(iv)的催化活性下的加成反应用作聚合物(i)的交联剂。组分(iii)通常含有3个或更多个硅键合的氢原子,使得此组分的硅键合的氢原子可与烯基和/或炔基,典型地为烯基,尤其是组分(i)的乙烯基充分反应,以与其形成网络结构,并且从而固化组合物。
组分(iii)的分子构型没有特别限制,并且它可为直链、含支链的直链或环状的。虽然此组分的分子量没有特别限制,但使用板/板流变仪在25℃下的粘度典型地为0.001至50帕.秒,以获得与组分(i)的良好混溶性。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的组分(iii)的实例包括但不限于:
1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、
1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、
三(氢二甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷、
三(氢二甲基甲硅烷氧基)苯基硅烷、甲基氢环聚硅氧烷、
三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢聚硅氧烷、
三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、
二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷、
二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物、
三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物、三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷/二苯基硅氧烷/-二甲基硅氧烷共聚物、
三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷/甲基苯基硅氧烷/-二甲基硅氧烷共聚物、
二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷/二甲基硅氧烷/-二苯基硅氧烷共聚物、
二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷/二甲基硅氧烷/-甲基苯基硅氧烷共聚物、
由(CH3)2HSiO1/2单元、(CH3)3SiO1/2单元和SiO4/2单元组成的共聚物和/或硅树脂、
由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元组成的共聚物和/或硅酮树脂、
由(CH3)2HSiO1/2单元、SiO4/2单元和(C6H5)3SiO1/2单元,以及其中甲基被苯基或其它烷基替换的替代物组成的共聚物和/或硅酮树脂。
组分(iii)典型地以组合物的至多10wt%的量存在于总组合物中,但存在的量典型地由组分(iii)中硅键合的氢原子与所有不饱和基团例如烯基和炔基,通常为乙烯基的总数的摩尔比确定。在本组合物中,此比率为1:1至20:1,优选地Si-H过量。
iv)氢化硅烷化催化剂
如上文所描述的,氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物经由氢化硅烷化(加成固化)催化剂(iv)催化的氢化硅烷化反应固化,所述催化剂为选自铂金属即铂、钌、锇、铑、铱和钯的金属或此类金属的化合物。金属包括铂、钯和铑,但由于这些催化剂对于氢化硅烷化反应的高活性水平,因此铂和铑化合物为优选的。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的优选氢化硅烷化催化剂(iv)的实例包括但不限于铂黑、各种固体载体上的铂、氯铂酸、氯铂酸的醇溶液,以及氯铂酸与如烯烃和含有烯键式不饱和硅键合的烃基的有机硅氧烷的复合物。催化剂(iv)可为铂金属、沉积在如硅胶或粉末状木炭的载体上的铂金属、或铂族金属的化合物或复合物。
合适的基于铂的催化剂(iv)的实例包括
(i)US 3,419,593中描述氯铂酸与含有烯键式不饱和烃基的有机硅氧烷的复合物;
(ii)六水合物形式或无水形式的氯铂酸;
(iii)含铂催化剂,所述含铂催化剂通过包含使氯铂酸与如二乙烯基四甲基二硅氧烷等脂肪族不饱和有机硅化合物反应的方法获得;
(iv)如美国专利第6,605,734号中描述的如(COD)Pt(SiMeCl2)2等烯烃-铂-甲硅烷基复合物,其中“COD”为1,5-环辛二烯;和/或
(v)卡斯特催化剂(Karstedt's catalyst),可以使用典型地在如甲苯等溶剂中含有约1wt.%的铂的铂二乙烯基四甲基二硅氧烷复合物。这些描述于US3,715,334和US3,814,730中。
氢化硅烷化催化剂(iv)以一定催化量,即以足以在期望条件下促进其反应或固化的量或数量存在于总组合物中。可以使用不同水平的氢化硅烷化催化剂(iv)来调整反应速率和固化动力学。当存在时按组分(i)以及(ii)和(v)的组合重量计,氢化硅烷化催化剂(iv)的催化量通常在0.01ppm与10,000重量份(每百万份(ppm))铂族金属之间;可替代地在0.01与5,000ppm之间;可替代地在0.01与3,000ppm之间,并且可替代地在0.01与1,000ppm之间。在特定实施例中,催化剂的催化量按组合物的重量计可在0.01至1,000ppm,可替代地0.01至750ppm,可替代地0.01至500ppm并且可替代地0.01至100ppm的金属的范围内。所述范围可以仅涉及催化剂内的金属含量或涉及如详述的催化剂全部(包括其配体),但是典型地这些范围仅涉及催化剂内的金属含量。催化剂可以作为单一种类或作为两种或更多种不同种类的混合物添加。典型地,取决于提供催化剂包的形式/浓度,存在的催化剂的量将在组合物的0.001至3.0wt%的范围内。
为了防止储存中过早固化,组合物在使用前将储存在两部分A部分和B部分中。典型地,A部分将含有聚二有机硅氧烷聚合物(i)和增强填料(ii)中的一些以及氢化硅烷化催化剂(iv),并且B部分将含有剩余的聚二有机硅氧烷聚合物(i)和增强填料(ii)以及组分有机氢聚硅氧烷(iii)和如果存在的话抑制剂。根据B部分中聚二有机硅氧烷聚合物(i)和增强填料(ii)的量,可将两部分组合物设计成以任何合适的比率混合在一起,并且因此可以15:1至1:1的A部分:B部分重量比混合。
粘合促进剂
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的组分(v)为一种或多种粘合促进剂。粘合促进剂可提供在氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物中,但也可以底漆等的形式施加到聚烯烃树脂或硅酮弹性体组合物的表面上以增强它们之间的粘合。可利用任何合适的粘合促进剂,这些可包括以下中的任一种的一种或多种:(a)硅烷偶联剂、(b)含有两个或更多个丙烯酸酯基团的有机化合物、(c)反应性硅氧烷、(d)含环氧基的烷氧基硅烷和(e)缩合固化催化剂和/或其组合。
硅烷偶联剂(a)的实例包括含有甲基丙烯酸基或丙烯酸基的烷氧基硅烷,如甲基丙烯酰氧基甲基-三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基-甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基-二甲基甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基-三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基-甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基异丁基-三甲氧基硅烷或类似的经甲基丙烯酰氧基取代的烷氧基硅烷;3-丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基-甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基-二甲基-甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基-三乙氧基硅烷或类似的含经丙烯酰氧基取代烷基的烷氧基硅烷;
含有两个或更多个丙烯酸酯基团(b)的有机化合物的实例包括例如二丙烯酸酯,如C4-20烷二醇二丙烯酸酯,如己二醇二丙烯酸酯、庚二醇二丙烯酸酯、辛二醇二丙烯酸酯、壬二醇二丙烯酸酯和/或十一烷二醇二丙烯酸酯;和/或季戊四醇四丙烯酸酯。
反应性硅氧烷(c)的实例包括硅氧烷,如羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷,其在每种情况下任选地含有一个或多个全氟烷基链,如三氟丙基或全氟丁基乙基侧链。因此,硅氧烷(c)具有短链长,使得其粘度将为在25℃下的25毫帕.秒到在25℃下至多约1500毫帕.秒,可替代地在25℃下至多约1000毫帕.秒。
含环氧基的烷氧基硅烷(d)的实例可包括3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、4-环氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷。
缩合固化催化剂(e)的实例包括:
锆螯合物,如四乙酰丙酮锆(IV)、六氟乙酰丙酮锆(IV)、三氟乙酰丙酮锆(IV)、四(乙基三氟乙酰丙酮)锆、四(2,2,6,6-四甲基-庚烷硫代硫酸)锆、二丁氧基双(乙基丙酮)锆(IV)、二异丙氧基双(2,2,6,6-四甲基-庚烷硫代硫酸)锆,或具有β-二酮(包括其烷基取代和氟取代形式)的类似锆复合物;
有机锡金属催化剂如酒石酸三乙基锡、辛酸锡、油酸锡,锡催化剂包括三氟甲磺酸锡,有机锡金属催化剂如酒石酸三乙基锡、辛酸锡、油酸锡、环烷酸锡、三-2-乙基己酸丁基锡、丁酸锡、三辛二酸甲氧羰基苯基锡、三蜡酸异丁基锡和二有机锡盐,尤其是二羧酸二有机锡化合物,如二月桂酸二丁基锡、二丁酸二甲基锡、二甲氧基二丁基锡、二乙酸二丁基锡、双新癸酸二甲基锡、二苯甲酸二丁基锡、辛酸亚锡、二新癸酸二甲基锡(DMTDN)和二辛酸二丁基锡;
基于钛酸盐的催化剂可包含根据通式Ti[OR22]4的化合物,其中每个R22可相同或不同并且代表单价、伯、仲或叔脂肪族烃基,其可为含有1个到10个碳原子的直链或支链。任选地,钛酸盐可含有部分不饱和基团。然而,R22的优选实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基和支链仲烷基如2,4-二甲基-3-戊基。优选地,当每个R22相同时,R22为异丙基、支链仲烷基或叔烷基,特别是叔丁基。可替代地,可螯合钛酸盐。螯合可使用任何合适的螯合剂,如乙酰丙酮烷基酯,如乙酰丙酮甲酯或乙酰丙酮乙酯;和
掺入铅、锑、铁、镉、钡、锰、锌、铪铬、钴、镍、铝、镓和锗的其它缩合催化剂。
粘合促进剂/底漆可为上述两种或更多种的反应产物,例如粘合促进剂可为以下的混合物和/或反应产物
A')壬二醇二丙烯酸酯、1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷、三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷和乙酰乙酸锆;
B')环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷和乙酰乙酸锆;或
(C')三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷和乙酰乙酸锆。
组分(V)一种或多种粘合促进剂可以组合物的0.5至10wt%,可替代地组合物的0.5至6wt%的范围存在。
添加剂
添加剂可存在于本文所述的可固化硅酮弹性体组合物中。添加剂的存在将取决于整体层状制品的预期最终用途和可固化硅酮弹性体组合物所需的物理特性。举例来说,鉴于硅酮弹性体组合物经由氢化硅烷化而固化,可利用设计成抑制氢化硅烷化催化剂的反应性的抑制剂。
抑制剂
为了获得氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的更长的工作时间或贮存期,因为正在利用氢化硅烷化固化系统,可将合适的抑制剂掺入组合物中以便延迟或抑制催化剂的活性。
基于铂金属的催化剂的抑制剂,通常基于铂金属的催化剂是本领域众所周知的。氢化硅烷化或加成反应抑制剂包括肼、三唑、膦、硫醇、有机氮化合物、炔醇、甲硅烷基化炔醇、马来酸盐、富马酸盐、烯键式或芳族不饱和酰胺、烯键式不饱和异氰酸盐、烯烃硅氧烷、不饱和烃单酯和二酯、缀合烯-炔、氢过氧化物、腈和二氮丙啶。可以使用如US 3,989,667中所描述的烯基取代的硅氧烷,其中优选环状甲基乙烯基硅氧烷。
另一类已知的铂催化剂的抑制剂包括US 3,445,420中公开的炔属化合物。如2-甲基-3-丁炔-2-醇的炔醇构成一类优选的抑制剂,其将抑制含铂催化剂在25℃下的活性。含有这些抑制剂的组合物典型地需要在70℃或更高的温度下加热从而以实用的速率固化。
炔醇和其衍生物的实例包括1-乙炔基-1-环己醇(ETCH)、2-甲基-3-丁炔-2-醇、3-丁炔-1-醇、3-丁炔-2-醇、炔丙醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔基环戊醇、1-苯基-2-丙炔醇、3-甲基-1-戊烯-4-炔-3-醇以及其混合物。
当存在时,每摩尔催化剂(iv)金属低至1摩尔抑制剂的抑制剂浓度在一些情况下将赋予令人满意的储存稳定性和固化速率。在其它情况下,每摩尔催化剂(iv)金属需要至多500摩尔抑制剂的抑制剂浓度。给定组合物中给定抑制剂的最佳浓度很容易通过常规实验测定。根据提供/可商购获得所选择抑制剂的浓度和形式,当存在于组合物中时,抑制剂典型地以组合物的0.0125至10wt%的量存在。还可以使用上述的混合物。
其它添加剂
根据整体改性聚烯烃树脂/硅酮弹性体层状制品和可固化硅酮弹性体组合物的预期用途,在和当需要时,通常使用的其它添加剂可存在于氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物中。添加剂的实例包括非增强填料、导电填料、导热填料、非导电填料、贮存期延长剂、阻燃剂、颜料、着色剂、扩链剂、热稳定剂、压缩永久变形改进添加剂以及其混合物。
非增强填料
非增强填料当存在时可包含碎石英、硅藻土、硫酸钡、氧化铁、二氧化钛和炭黑、硅灰石和如石墨、石墨烯、滑石、云母、粘土、片状硅酸盐、高岭土、蒙脱石的片状填料以及其混合物。可以单独使用或除上述之外使用的其它非增强填料包括矾石、硫酸钙(硬石膏)、石膏、硫酸钙、碳酸镁、三氢氧化铝、氢氧化镁(水镁石)、石墨、碳酸铜,例如孔雀石、碳酸镍,例如翠镍矿(zarachite)、碳酸钡,例如毒重石和/或碳酸锶,例如菱镁矿。
当存在时,非增强填料可以可替代地或另外选自氧化铝,选自由橄榄石族组成的组的硅酸盐;石榴石族;铝硅酸盐;环状硅酸盐;链状硅酸盐;以及片状硅酸盐。橄榄石族包含硅酸盐矿物,如但不限于镁橄榄石和Mg2SiO4。石榴石族包含磨碎的硅酸盐矿物,如但不限于镁铝榴石;Mg3Al2Si3O12;钙铝榴石;和Ca2Al2Si3O12。铝硅酸盐包含磨碎的硅酸盐矿物,如但不限于硅线石;Al2SiO5;莫来石;3Al2O3.2SiO2;蓝晶石;以及Al2SiO5。环状硅酸盐族包含硅酸盐矿物,如但不限于堇青石和Al3(Mg,Fe)2[Si4AlO18]。链状硅酸盐族包含磨碎的硅酸盐矿物,如但不限于硅灰石和Ca[SiO3]。
可以使用的合适的片状硅酸盐例如硅酸盐矿物包括但不限于云母;K2AI14[Si6Al2O20](OH)4;叶蜡石;Al4[Si8O20](OH)4;滑石;Mg6[Si8O20](OH)4;蛇纹石例如石棉;高岭石;Al4[Si4O10](OH)8;以及蛭石。当存在时,一种或多种非增强填料存在的累积总量至多为组合物的1到50wt%。
在一个实施例中,非增强填料可包括玻璃或类似的微珠或微球以增强材料的隔热性。微珠或微球可为玻璃,例如硼硅玻璃微珠和/或微球。
每当认为必要时,非增强填料也可以如上文关于增强填料(ii)所描述的进行处理以使所述非增强填料疏水,从而更易于处理并且获得与其它组分的均匀混合物。与增强填料(ii)的情况一样,当存在时非增强填料的表面处理使所述非增强材料容易被聚二有机硅氧烷聚合物(i)润湿,这可以产生组合物的如更好的加工性(例如,更低的粘度、更好的脱模能力和/或对如两辊磨机的加工设备的粘合性更低)、耐热性和机械特性的改进的特性。
导电填料的实例包括金属颗粒、金属氧化物颗粒、金属涂覆的金属颗粒(如镀银镍)、金属涂覆的非金属核颗粒(如镀银滑石或云母或石英)以及其组合。金属颗粒可呈粉末、薄片或细丝以及其混合物或衍生物的形式。
导热填料的实例包括氮化硼、氮化铝、碳化硅、金属氧化物(如氧化锌、氧化镁和氧化铝、石墨、金刚石以及其混合物或衍生物。
非导电填料的实例包括石英粉、硅藻土、滑石、粘土、云母、碳酸钙、碳酸镁、中空玻璃、玻璃纤维、中空树脂和电镀粉末以及其混合物或衍生物。
可以使用如三唑的贮存期延长剂,但在本发明的范围内不被认为是必需的。液体可固化硅酮弹性体组合物因此可以不含贮存期延长剂。
阻燃剂的实例包括三水合铝、氢氧化镁、碳酸钙、硼酸锌、硅灰石、云母和氯化石蜡、六溴环十二烷、磷酸三苯酯、甲基膦酸二甲酯、三(2,3-二溴丙基)磷酸盐(溴化三)以及其混合物或衍生物。
颜料的实例包括炭黑、氧化铁、二氧化钛、氧化铬、铋钒氧化物以及其混合物或衍生物。
着色剂的实例包括还原染料、反应性染料、酸性染料、铬染料、分散染料、阳离子染料以及其混合物。
扩链剂的实例包括二硅氧烷或在末端位置处含有两个硅键合的氢原子的低分子量聚有机硅氧烷。扩链剂典型地与聚二有机硅氧烷聚合物(i)的烯基和/或炔基反应,从而将两个或更多个聚二有机硅氧烷聚合物(i)分子连接在一起并且增加其有效分子量和潜在交联位点之间的距离。
二硅氧烷典型地由通式(HRa 2Si)2O表示。当扩链剂为聚有机硅氧烷时,所述扩链剂具有通式HRa 2SiO1/2的末端单元和式Rb 2SiO的非末端单元。在这些式中,Ra和Rb独立地表示未经取代的或经取代的不含烯键式不饱和的单价烃基,所述单价烃基包括但不限于含有1个到10个碳原子的烷基、如氯甲基和3,3,3-三氟丙基等含有1个到10个碳原子的经取代的烷基、含有3个到10个碳原子的环烷基、含有6个到10个碳原子的芳基、如甲苯基和二甲苯基等含有7个到10个碳原子的烷芳基以及如苄基等含有7个到10个碳原子的芳烷基。
扩链剂的另外的实例包括四甲基二氢二硅氧烷或二甲基氢封端的聚二甲基硅氧烷。
当任选的添加剂可出于一个以上原因使用时,例如作为非增强填料和阻燃剂,当存在时所述添加剂可同时发挥两种作用。当或如果存在时,按组合物的重量计,上述另外的组分以0.1到30wt%,可替代地0.1到20wt%的量累积存在。可根据需要将添加剂引入A部分或B部分的硅酮弹性组合物中。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的各个部分可以任何合适的方式制备。现有技术中描述的任何混合技术和装置都可以用于此目的。要使用的特定装置将取决于组分的粘度和最终的可固化涂覆组合物。合适的混合器包括但不限于桨式混合器和捏合机型混合器。可能期望在混合期间冷却组分以避免组合物过早固化。
在氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物中混合组分的顺序并不重要。单独地制备合适的A部分和B部分,并且然后在使用前不久将A部分和B部分混合在一起。
当A部分和B部分混合在一起时,本文公开的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物可包含:
呈组合物的30至75wt%的量的聚二有机硅氧烷(i),呈组合物的5至40wt%,可替代地5至30wt%,可替代地7.5至30wt%,可替代地10至30wt%的量的增强填料(ii);呈组合物的0.5至10wt%,可替代地1至10wt%,可替代地2至10wt%的量的有机氢聚硅氧烷(iii),呈组合物的0.01至1wt%的量的氢化硅烷化催化剂(iv);
并且当存在时,抑制剂可以组合物的0.0125至10wt%的量存在。组分(v)可以组合物的0.5至10wt%,可替代地组合物的0.5至6wt%的范围存在。应当理解,对于所有组合物,总wt%为100wt%。
粘合促进剂可在混合组分A和B时或在混合A部分和B部分之后立即添加到氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物中。可替代地,如果不引发过早固化,粘合促进剂可在混合之前储存在A部分或B部分中。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物可取决于粘度和应用等而通过注射模塑、封装模塑、压制模塑、分配器模塑、挤出模塑、传递模塑、压制硫化、离心铸造、压延、珠粒应用或吹塑模塑来另外加工和/或施加到聚烯烃层上。
氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的固化可以在适合氢化硅烷化固化的温度下进行。鉴于硅酮弹性体被施加到接枝聚烯烃或烯烃共聚物成型制品上,用于固化硅酮弹性体的固化温度可低于硅酮弹性组合物固化到的所述接枝聚烯烃或烯烃共聚物的熔融温度。举例来说,固化温度为约50℃至180℃,可替代地50℃至150℃,可替代地50℃至100℃,其上限取决于硅酮弹性组合物固化到的所选接枝聚烯烃或烯烃共聚物的熔融温度。固化可在任何合适的时段,例如30分钟至960分钟的时段内发生,这取决于所利用的材料和或固化温度。
整体聚烯烃树脂/硅酮弹性材料制品通过以下获得:将氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物施加到接枝聚烯烃树脂或聚烯烃共聚物的预先形成的制品上,并且在低于聚烯烃树脂的软化点的温度下将硅橡胶固化到聚烯烃树脂上,并且使接枝聚烯烃的反应性基团或聚烯烃共聚物的反应性基团与在聚烯烃/硅酮弹性体界面处连接到硅酮弹性体组合物的基团反应。根据最终目的的需要,由接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物制成的制品部分或完全覆盖有硅酮弹性体组合物。硅酮弹性体组合物可以例如片材形式的任何合适的形式或通过涂覆/浸渍施加,并且将涂覆的预先形成的聚烯烃例如模制品加热至合适的温度以固化硅酮弹性体组合物,并且然后形成整体接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物/硅酮弹性体模制品。
可替代地,接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物可具有施加到其上的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物,并且然后组合可在预定的时间和温度下加热和压缩。
又另一替代程序涉及借助于例如注射模制机将接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物初次注射到模腔中以形成期望形状的接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物并且随后将未固化的硅橡胶注射到腔中并且围绕形状并且固化以提供所述整体层状制品。
举例来说,一旦制备改性聚烯烃板,就可制备如上所述的合适的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物。然后可通过例如经由以下过程将氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物固化到改性聚烯烃的预先形成例如预模制板上来制备整体改性聚烯烃树脂/硅酮弹性体层状制品:
板框可放置在可定位在支撑板上的聚四氟乙烯片材上。预先形成的改性聚烯烃树脂制品可放置在板框中,并且聚四氟乙烯片材或条可放置在改性聚烯烃树脂板的顶部上作为模板,使改性聚烯烃树脂的区段与暴露的硅酮弹性材料整体组合。然后可将硅酮弹性体组合物(在本文中也称为液体硅橡胶)施加到改性聚烯烃树脂和放置在硅酮的顶部上的铁丝网条上。最后,在顶部上放置例如聚四氟乙烯片材,随后是支撑板。然后可将整个板框放置到在约9和20MPa之间,可替代地9和15MPa之间,可替代地10.0至13MPa的压力下在例如范围为60℃至180℃但典型地低于板的熔融温度,例如<120℃,可替代地90℃)的期望温度下的热压机中持续期望的时间长度,例如为了实例起见持续在例如30分钟至960分钟,可替代地30分钟至600分钟,可替代地30分钟至300分钟,可替代地30分钟至120分钟范围内的时间段。
向聚烯烃树脂和/或共聚物中提供官能团(例如,羟基、羧酸和硅烷)提供可接近的化学键,以与添加在液体硅酮弹性体/橡胶中的组分键合,并且避免在聚烯烃部件上需要使用表面处理技术(例如,电晕和等离子体),这反过来减少这类整体层状制品的循环时间和制造成本。
如上文所描述的整体层状制品可用于受益于化学结合的聚烯烃基层和硅酮弹性体层的组合的任何制品。
这类复合部件的实例可见于各种工业,包括但不限于汽车应用、医疗应用、消费和工业应用、电子应用和3-D打印应用。在汽车应用中,这可包括带有硅酮密封件或垫圈的外壳、插头和连接器、各种传感器的组件、膜、隔膜、气候通风组件等。在医疗应用中,复合部件可用于如面罩、护目镜、管道和阀门导管、造口术器具、呼吸器具、喂食器具、隐形眼镜、助听器、矫形器、假肢等的装置中。在消费和工业应用中,复合部件可见于淋浴喷头、烘焙用具、抹刀、家用电器、鞋类例如鞋、护目镜、运动和休闲制品、潜水面罩、面具、家具、奶嘴和其它婴儿制品、喂食配件、白色家电和其它厨房制品的密封件和表面等。电子应用可包括手机盖密封件、手机配件例如手机壳、精密电子设备、电气开关和开关盖、手表和腕带、可穿戴电子装置等。
实例
在以下实例中,几种接枝聚烯烃、聚烯烃共聚物和未接枝聚烯烃以及其混合物用于实例和反例。可以看出,这些为商业/改性商业和实验室制备材料的混合物。
表1实例中使用的共聚物和接枝聚合物
DC 3-6使用具有26mm直径双螺杆的挤出机长径比为44:1的Coperion ZSK-26双螺杆挤出机;。用于进料DC 1共聚物的失重式进料器(K-Tron型号KCLQX3)、用于将VTMS和2,5-双(叔丁基过氧化)-2,5-二甲基己烷的溶液注射到挤出机中的ISCO泵(型号1000D)通过反应挤出来制备。脱挥发分系统用于移除未反应的VTMS和任何形成的副产物。随后利用直径为3mm的双孔模头的Gala水下系统用于将生产的硅烷接枝高密度聚乙烯造粒。
1)制备层状制品的方法:
-使用例如双螺杆挤出机或Haake混合器对熔体中的聚烯烃树脂进行改性。在气相中并且在存在热自由基引发剂的情况下,经由高压过程生产乙烯基共聚物。
-注射模制改性聚烯烃以生产模制板
如表1中所述并且如上所述制备的聚烯烃基材料的预先形成的部件使用来自日本的东洋机械金属株式会社(Toyo Machinery&Metal Co Ltd of Japan)(“东洋”)的注射模制机注射模制。所利用的东洋注射模制机为110吨压机,其配备有直径为32mm的单螺杆塑化机,其长径(L/D)比为20:1。压机中利用的螺杆为Westland公司供应的Eagle混合螺杆。Eagle混合螺杆的进料区段和过渡区段为标准设计的,例如,像通用螺杆。Eagle混合螺杆的计量区段具有由两个螺旋流入通道和两个螺旋流出通道构成的混合区段。在螺杆的混合区段内含有的这种混合段具有提供一定程度分散混合的底切。此混合段还含有提供一定程度分布混合的旁路通道。使用以上在机器上设置的下表2a-2d中指示的条件下通过注射模制为每个聚烯烃基材料样品制备尺寸为101.6×152.4mm的板。
表2a所用聚烯烃基材料的注射模制条件
表2b所用聚烯烃基材料的注射模制条件
样品在80℃下干燥24小时(h),除了在使用SoarnolTMDT2904RB时的情况,对于共混和单独,在110℃下干燥24小时。
表2c所用聚烯烃基材料的注射模制条件
表2d所用聚烯烃基材料的注射模制条件
在整个实例中使用单一液体硅橡胶配方。其为通过将两种母料和几种组分混合在一起而制备的。LSR组合物在使用前分两部分储存以防止过早固化。在这种情况下,鉴于实例组合物不含有任何氢化硅烷化固化抑制剂,这尤其重要。根据ASTM E168,乙烯基含量通过滴定测定并且提供的硅酮键合的氢(Si-H)值通过定量红外分析测定。硅氧烷聚合物(例如,组分(i))的粘度值“使用旋转粘度计使用转子(LV-4)并且根据聚合物粘度调整速度来测量在1,000-2,000,000毫帕.秒之间的范围内的粘度并且除非另外指示,否则所有粘度测量在25℃下进行。”所使用的两种母料的组成在下表3中提供:
表3利用的LSR母料
MS-75气相二氧化硅可商购自卡博特公司(Cabot Corporation)
下表4描述在下面描述的所有实例和比较实例中使用的2部分LSR组合物的A部分和B部分组合物。
表4:以下实例中使用的A部分和B部分组合物
利用MQ树脂作为交联剂是为了帮助降低液体硅橡胶组合物所需的固化温度,因为需要在低于其固化到的聚烯烃基材料的熔融温度的温度下进行固化。B部分组合物中不包括抑制剂。
在以下实例中,在实例和反例中使用3种替代的粘合促进剂包,其含量如下:-
粘合促进剂包A:
壬二醇二丙烯酸酯(1wt%)
1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷(1wt%)
三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷(2wt%)
环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(0.5wt%)
羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷(0.5wt%)
和乙酰乙酸锆(1wt%)。
粘合促进剂包B
环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(0.5wt%)
羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷(0.5wt%)
和乙酰乙酸锆(1wt%)。
粘合促进剂包C
三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷(2wt%)
环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(0.5wt%)
羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷(0.5wt%)
乙酰乙酸锆(1wt%)。
组合物通过以1:1的比率混合A部分和B部分组合物而制成。在A部分和B部分混合后添加粘合促进剂包,并且以上wt%值为相对于A部分和B部分的总组合物的wt%,因此1wt%的壬二醇二丙烯酸酯意味着在混合之后A部分:B部分总量的1wt%。所使用的粘合促进剂包中的每种其它成分的量在引入之前以相同方式计算。粘合促进剂包可在添加到A部分+B部分组合物中之前预混合,或者粘合促进剂包的每种成分可优选地引入A部分/B部分组合物中。除非另外指示,否则实例中利用的粘合促进剂包为粘合促进剂包A。
对于本实例,如下制备液体硅橡胶(LSR)组合物:
1)将液体硅橡胶A部分的组分中的每一种引入速度混合器杯中。然后将所得组合物在2200rpm下混合3次,持续60秒,其间手动混合。
将液体硅橡胶B部分的组分中的每一种引入速度混合器杯中。然后将所得组合物在2200rpm下混合3次,持续60秒,其间手动混合。3)将A部分和B部分(分别在上述1和2中制备)的1:1混合物混合在一起,并且将所选粘合促进剂包的每种成分单独引入A部分/B部分混合物中,并且然后将整个组合物在2200rpm下混合3次,持续60秒,其间手动混合。
为了示出表4中所描绘的LSR组合物提供典型LSR预期的物理特性,测定几种标准物理特性并且在下表5a和5b中示出表4中的LSR以及表4的引入粘合包A的LSR的物理特性。对每个特性测试两个样品并且所提供的值为两者的平均值。使用Monsanto MDR 2000动模流变仪测量固化时间值和焦烧速率值。如上所述混合后,在测试指示的物理特性之前,样品在下表7指示的相应模制温度和时间下固化。
表5a LSR物理特性
表5b LSR物理特性
粘合实例
对于所有以下实例,表4中描绘的LSR组合物的相同样品以及添加的适当的粘合促进剂包(如果需要)用于施加到各种改性聚烯烃板。表6a和6b列出利用的改性聚烯烃板以及添加到LSR中的粘合促进剂包。
表6a.比较实例1至5中使用的改性聚烯烃板和粘合促进剂包
实例 聚烯烃树脂 粘合促进剂
比较实例1 DC1/DC2共混物 A
比较实例2 DOWTMLDPE 501l A
比较实例3 Si-LinkTMDFDA-5451NT 1/2量的A
比较实例4 Si-LinkTMDFDA-5451NT B
比较实例5 Si-LinkTMDFDA-5451NT C
表6b.实例1-10中使用的改性聚烯烃板和粘合促进剂包
制备大小为101.6×154.4×3.17mm的改性聚烯烃板。将改性聚烯烃塑料板切割成25.4×101.6×3.17mm尺寸的条。然后将每个条放置到254×254mm铝板框内的25.4×152.4×6.35mm通道中,所述铝板框放置在254×254mm铝支撑板上。然后用聚四氟乙烯涂覆的片材覆盖条的一部分,留下25.4×72.6mm面积的改性聚烯烃板未被覆盖。将含有粘合促进剂包A(在这组测试中)的液体硅橡胶组合物施加在条的顶部,以填充通道。然后将25.4×152.4mm铁丝网筛放置在液体硅橡胶组合物层的顶部,并且将254×254mm聚四氟乙烯涂覆的片材放置在网筛上,并且将254×254mm铝垫板放置在其上。
然后将板框和垫板放置到已经加热到期望模制温度(如下表7所指示)的GreenardHydrolair热压机(美国新罕布什尔州的Greenerd压力机械公司(Greenerd Press&MachineCo.of New Hampshire USA),并且然后在11.37MPa的模制压力下压制期望的模制时间(如下表7所指示)。在期望的时间段之后,将板框从热压机中移除,在Wabash Genesis Press型冷压机(美国印地安那州沃巴什县的沃巴什MPI公司(Wabash MPI,Wabash Indiana,USA))中快速冷却。一旦板框冷却到能触摸,就将其从冷压机中移除。移除垫板,并且剥离聚四氟乙烯涂覆的片材。将组合的聚烯烃/硅酮层状制品从板框中移除。然后通过在TechProtensiTECH Load Frame上进行180°剥离测试来测试每件制品的粘合力。以0.05米/分钟的速率以180°从塑料上剥离液体硅橡胶层,并且测量粘合强度作为整个测试的平均值。
表7
应当理解,所有比较实例的剥离强度结果为0.5N/mm或更小,并且所有实例都具有至少0.8N/mm的值,并且在大多数情况下剥离强度大于2.9N/mm,这比比较实例显著改进。关于实例5中测量的0.8值,应注意SoarnolTMDT2904RB为乙烯乙烯醇共聚物,并且因此在以纯形式分析时效果非常好,剥离强度为5.8(实例6)。然而,当在实例5共混物中的低密度聚乙烯中稀释时,可用的-OH被大量稀释(20%EVOH/80%LDPE),导致实例5的剥离强度值相对较低。

Claims (18)

1.一种整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其包含
聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的成型层,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;和
化学结合到所述成型层的硅酮弹性材料层,所述硅酮弹性材料层由包含一种或多种粘合促进剂的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物固化,其中所述粘合促进剂包括以下的混合物和/或反应产物
A')壬二醇二丙烯酸酯、1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷、三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷和乙酰乙酸锆,
其中所述粘合促进剂以组合物的6wt%至10wt%的范围存在。
2.一种整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其通过以下步骤可获得或获得:
将聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃预先形成为成型层,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;
使聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层与包含一种或多种粘合促进剂的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物接触,其中所述粘合促进剂包括以下的混合物和/或反应产物
A')壬二醇二丙烯酸酯、1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷、三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、羟基封端的二甲基-甲基乙烯基硅氧烷和乙酰乙酸锆,其中所述粘合促进剂以组合物的6wt%至10wt%的范围存在,和
固化所述硅酮弹性体组合物,使所述组合物在低于所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的软化点的温度下与所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层化学结合,以形成所述整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品。
3.根据权利要求1或2所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其中所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯和/或聚丁烯。
4.根据权利要求1或2所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其中所述聚烯烃基共聚物由烯烃单体和亚烷基乙烯醇单体或低聚物的共聚制成。
5.根据权利要求1或2所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其中含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团的所述接枝聚烯烃为接枝有含有上述基团中的一个或多个的含硅化合物的聚烯烃。
6.根据权利要求1或2所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其中所述硅酮弹性材料为包含以下的氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物的固化产物:
组分(i),在25℃下粘度为1000至500,000毫帕.秒的每分子含有至少两个烯基和/或炔基的一种或多种聚二有机硅氧烷聚合物
组分(ii)增强填料;
组分(iii)每分子具有至少2个硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷;和
组分(iv)氢化硅烷化催化剂;
组分(v)一种或多种粘合促进剂。
7.根据权利要求6所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其中所述组分(ii)增强填料为任选地用一种或多种已知填料处理剂处理的细碎二氧化硅。
8.根据权利要求6所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其中所述氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物另外包含一种或多种固化抑制剂。
9.根据权利要求1或2所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品,其用于汽车应用、医疗应用、消费和工业应用、电子应用和/或3-D打印应用。
10.一种用于制备根据前述权利要求中任一项所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的方法,其包含以下步骤:
预先形成聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层,所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃含有甲硅烷基三烷氧基、羧酸基和/或-OH基团;
使聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层与氢化硅烷化可固化硅酮弹性体组合物接触,和
固化所述硅酮弹性体组合物,使所述组合物在低于所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃的软化点的温度下与所述聚烯烃基共聚物或接枝聚烯烃成型层化学结合,以形成所述整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品。
11.根据权利要求10所述的用于制备整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的方法,其中由所述接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物制成的预先形成的制品以选自片材形式的合适形式或通过涂覆/浸渍部分或完全由所述硅酮弹性体组合物覆盖,并且将涂覆的预先形成的制品加热至合适的温度以固化所述硅酮弹性体组合物,并且然后形成整体接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物/硅酮弹性体层状制品。
12.根据权利要求10或11所述的用于制备整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的方法,其中所述硅酮弹性体组合物通过注射模塑、封装模塑、压制模塑、分配器模塑、挤出模塑、传递模塑、压制硫化、离心铸造、压延、珠粒应用或吹塑模塑来加工和/或施加到聚烯烃层上。
13.根据权利要求10或11所述的用于制备整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的方法,其中所述接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物具有施加到其上的硅酮弹性体组合物,并且然后将组合加热并且压缩预定的时间和温度和/或其中借助于注射模制机将接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物注射到模腔中以形成期望形状的所述接枝聚烯烃或聚烯烃共聚物并且随后将未固化的硅橡胶注射到所述腔中并且围绕所述形状并且固化以提供整体层状制品。
14.一种根据权利要求1至9中任一项所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的用途,其用于汽车应用、医疗应用、消费和工业应用、电子应用和/或3-D打印应用。
15.一种根据权利要求1至9中任一项所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的用途,其用于或用作带有硅酮密封件或垫圈的外壳、插头和连接器、各种传感器的组件、气候通风组件、护目镜、管道和阀门导管、造口术器具、呼吸器具、喂食器具、隐形眼镜、助听器、淋浴喷头、面具、家具、白色家电和其它厨房制品的密封件和表面、手机盖密封件、精密电子设备和电气开关。
16.一种根据权利要求1至9中任一项所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的用途,其用于或用作膜、面罩、矫形器、烘焙用具、家用电器、鞋类、喂食配件、手机配件、开关盖、手表和腕带。
17.一种根据权利要求1至9中任一项所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的用途,其用于或用作隔膜、假肢、抹刀、潜水面罩、奶嘴、手机壳和/或可穿戴电子装置。
18.一种根据权利要求1至9中任一项所述的整体聚烯烃基树脂/硅酮弹性材料制品的用途,其用于或用作运动和休闲制品。
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