CN115595091A - 一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机硅灌封胶领域，尤其涉及一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶及其制备方法，所述灌封胶其由A组分和B组分组成，且在A组分和B组分中填充有阻燃改性轻质填料。本发明将多种不同类型和不同比重的阻燃材料以特定配比进行组合使用，同时结合轻质填料的填充，不仅可将灌封胶的粘度控制在1000～6000cps(25℃)，使其具有较好的操作性，容易施工使用，而且还显著提高了灌封胶的隔热性能，显著降低了灌封胶的密度，并使灌封胶具有优异的阻燃性能，在新能源汽车锂电池中具有很好的应用前景，能同时满足汽车锂电池的轻量化和防止动力电池易爆燃等的要求。
Description
技术领域
本发明涉及有机硅灌封胶领域，尤其涉及一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶及其制备方法。
背景技术
随着“双碳”目标的实施，能源革命和汽车革命正在实现实质性的协同。新能源汽车的快速发展，使得真正的可再生能源可以使用上，风电、光伏、储能、电动汽车加智能电网这一理想模型会提前实现。但目前新能源汽车还存在着动力电池易爆燃、续航里程焦虑等问题，为了提升新能源车的安全性能和提高续航里程，车辆本身的防火阻燃、轻量化、抗震等性能的优化尤为重要。作为动力电池包的灌封材料，在动力电池包中的重量占比较大，同时需要起到隔热、防火等功能，目前市场上还没有能同时满足这些要求的灌封产品。
现有的动力电池灌封胶，多为导热灌封胶，不能实现当电芯失控时封闭坏死电芯并阻止火焰蔓延，且导热灌封胶的密度通常较高，无疑加重了电池包的重量，影响新能源汽车的续航里程。为了实现新能源车的轻量化，通常会利用添加低密度填料来降低密度，但往往无较好的阻燃、隔热效果，如专利CN 113831891；为了实现阻燃，添加大量阻燃填料使得灌封胶的阻燃性能达到V0等级，但往往会造成灌封胶的比重增加，应用于动力电池的灌封时会增加整车的重量，降低行驶里程，如专利 CN 114736649A。
传统的低密度有机硅灌封胶，一般采用有机硅树脂加空心玻璃微珠方案或者发泡型有机硅灌封胶方案。传统的空心玻璃微珠有机硅灌封胶方案采用的是以端乙烯基硅油为基础聚合物，低黏度端含氢及侧含氢硅油为交联剂，在铂催化剂作用下进行交联反应，通过添加空心玻璃微珠等填料实现低密度，通过添加氢氧化铝等填料实现一定的阻燃。但由于氢氧化铝的比重高，低添加量下不能实现阻燃V0，高添加量下又会影响成品胶的比重，从而不能实现轻量化。同样，空心玻璃微珠具有较强的增稠作用，低添加量下不能实现轻量化，高添加量下又会影响成品胶的粘度，导致不适合灌封工艺。
传统的低密度发泡型有机硅灌封胶采用的是以端乙烯基聚硅氧烷和端羟基聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，低黏度端含氢及侧含氢硅油为交联剂，在铂催化剂作用下进行脱氢交联反应，实现低密度，通过添加氢氧化铝等填料实现一定的阻燃。但该发泡反应的速度及均匀性难以控制，应用于动力电池灌封时通常会在电芯周边出现发泡不均匀、大小泡等问题，会导致灌封保护不到位、减震不均匀等问题。
因此，在本领域的相关技术中，暂未有资料公开了将比重、灌封粘度、阻燃及隔热性能良好统一的方案。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的阻燃有机硅隔热灌封胶存在难以将比重、灌封粘度、阻燃及隔热性良好统一的缺陷，提供了一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明首先提供了一种阻燃改性轻质填料，
其包括具有空心结构的微珠以及包覆微珠外部的外包覆体；
所述微珠内部包埋有二氧化碳气体；
所述外包覆体包括第一包覆体以及第二包覆体；
所述第一包覆体中包含有多孔碳层，所述多孔碳层中吸附有氟化钙；
所述第二包覆体中为包含有硅、磷以及乙烯基的聚合物链段。
现有技术中常常使用例如空心玻璃微珠等材质的轻质填料对有机硅基体进行填充，从而得到低密度的有机硅灌封胶，同时提升了有机硅灌封胶的隔热以及隔音效果。但是现有技术中这类没有经过改性的轻质填料却也存在以下问题：
（1）这些填料表面往往富含有羟基等亲水性基团，其与有机硅基体相混合后，存在与油性的有机硅基体相容性欠佳的问题，导致在灌封胶制备过程中轻质填料难与有机硅基体均匀混合的现象；
（2）现有技术中的这些填料由于与有机硅基体的相容性欠佳，导致在混合过程中容易团聚，从而导致灌封胶的整体粘度较高；
（3）由于现有技术中的轻质填料往往只是以物理共混的形式混杂在有机硅基体中，因而导致其与有机硅基体之间的结合强度较低，最终导致固化后的有机硅灌封胶的力学性能较差；
（4）现有技术中的轻质填料虽然自身为不燃物，但是其无法阻止与之结合的有机硅基体的燃烧。
因此，为了克服上述4个问题，本发明在常规轻质填料的基础上，创造性地将轻质填料进行表面包覆改性。其中所述的外包覆体包括第一包覆体以及第二包覆体两种类型。
其中第一包覆体由多孔碳层以及吸附在多孔碳层中的氟化钙构成，其中氟化钙的加入能够有效降低轻质填料的熔点，使得当发生火灾时，轻质填料便能够快速熔化，从而释放包覆在轻质填料内部的二氧化碳气体，使得由于二氧化碳的气体密度相较于空气更大，因而沉积在底部，从而取代原本空气存在的位置进而扑灭火焰。
然而如果使用常规的方法很难将氟化钙附着在轻质填料的表面，导致对于轻质填料助熔效果下降，因此本发明在轻质填料的表面首先包覆有一层多孔碳层，其可以将氟化钙起到吸附的作用，从而有效提升轻质填料表面的氟化钙的含量，从而有利于轻质填料在火焰中受热快速融化释放出二氧化碳。
此外，本发明中在第一包覆体的外部还包覆有一层第二包覆体，其具有以下几点有益效果：
（1）其能够有效对氟化钙起到包覆作用，从而能够防止氟化钙从轻质填料的表面脱离；
（2）本发明中的第二包覆体为聚合物链段，其能够有效提升与有机硅基体之间的相容性，从而能够将轻质填料更好地混合在有机硅基体中，从而分散更加均匀，减少了因为轻质填料团聚而造成的粘度增大的问题，从而可以在有机硅灌封胶中加入更多的轻质填料，进一步降低其密度以及提升其隔热性能；
（3）第二包覆体的聚合物链段中同时含有硅以及磷元素，其能够在燃烧过程中形成磷酸，从而在燃烧过程中能够作为脱水剂，促进成碳而硅则增加这些炭层的热稳定性，降低了从火焰到凝聚相的热传导，并在凝聚相表面形成一层薄薄的玻璃状的或液态的保护层，配合硅在燃烧过程中形成的SiO2覆盖物，从而能够进一步起到绝热和屏蔽双重作用，因此降低了氧气扩散和气相与固相之间的热量和质量传递，抑制了炭氧化过程，进而有效提升了有机硅灌封胶的阻燃性能；
（4）本发明中的聚合物链段中还包含有乙烯基结构，其能够与有机硅灌封胶中的有机硅基质一起反应，从而固化形成整体性结构，有效提升了与有机硅基体之间的结合强度，使得固化后的有机硅灌封胶的力学性能大幅提升。
本发明中的轻质填料经过表面处理后，具有亲油憎水的性能，且其球形构造无取向性，各向同性，在有机硅树脂中可进行很好的分散，有助于消除灌封胶在受到冲击后产生的应力，增加灌封胶的缓冲、减震性能。其中空的结构可有效阻止热量传递，由其填充的灌封胶固化后导热系数极低，在一定量的填充下即可实现新能源汽车轻量化和优异的隔热性能。
作为优选，所述具有空心结构的微珠包括空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、闭孔膨胀珍珠岩中的一种或多种的组合。
作为优选，所述微珠的直径分布为10-200微米。
第二方面，本发明还提供了一种用于制备所述阻燃改性轻质填料的方法，包含以下步骤：
（1）将具有空心结构的微珠表面包覆一层碳前驱体，将碳前驱体热分解后，得到包覆有多孔碳层的微珠；
（2）将包覆有多孔碳层的微珠浸渍于钙盐溶液中，然后向溶液中加入氟化钠，从而在多孔碳层内部吸附氟化钙，得到包覆有第一包覆体的微珠；
（3）将含有乙烯基的烷基硅烷单体与三(羟甲基)膦混合水解，得到含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液；
（4）将包覆有第一包覆体的微珠浸渍于含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液中，从而在包覆有第一包覆体的微珠表面包覆第二包覆体，得到所述阻燃改性轻质填料。
作为优选，所述步骤（1）中的碳前驱体包括三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚多巴胺、聚葡萄糖、聚氧化乙烯中的任意一种。
作为优选，所述步骤（1）中包覆碳前驱体方法包括以下步骤：将碳前驱体溶解于水中，然后将具有空心结构的微珠置于溶液中，取出烘干后，即可在微珠表面形成碳前驱体。
作为优选，所述步骤（1）中热分解过程在惰性气体保护下进行，热分解温度在350~500℃，烘烤3~8h。
作为优选，所述步骤（2）中钙盐为可溶性钙盐，例如氯化钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙、硝酸钙、醋酸钙中的任意一种。
作为优选，所述步骤（3）中含有乙烯基的烷基硅烷单体包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷中的任意一种。
第三方面，本发明还提供了一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，
其由A组分和B组分组成；
所述A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷200～400份、复配型阻燃剂50~150份、阻燃改性轻质填料50～100份、色浆0~2份和催化剂0.5～2份；
所述B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷200～400份、甲基聚氢硅氧烷5～50份、复配型阻燃剂50~150份、阻燃改性轻质填料50～100份、抑制剂0.01～10份和硅烷偶联剂1～50份。
本发明中的有机硅隔热灌封胶由于其中添加的阻燃改性轻质填料的重量比较高，因此整体的灌封胶的密度以及隔热性能更加优异。
作为优选，所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷的结构简式如下：
CH2＝CH(CH3)2SiO[R1R2SiO1/2]p[(R1)2SiO1/2]qSi(CH3)2R3；
其中，R1选自C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；R2选自C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；R3选自-CH＝CH2、C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；p和q各自独立地选自40～5000的整数。
作为优选，所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷在25℃下的粘度为100～10000cps，更优选为100～300cps。
作为优选，甲基聚氢硅氧烷的结构简式如下：
R4(CH2)2SiO[SiMeR5O]m[SiR6HO3/2]n[SiO2]sSi(R7)2R8；
其中，R4、R5、R6、R7和R8分别选自-H、C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；m、n和s各自独立地选自10～200的整数。
作为优选，所述甲基聚氢硅氧烷在25℃下的粘度为5～500cps，更优选为50～150cps。
作为优选，所述复配型阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐中至少两种及以上的组合。
作为优选，硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
作为优选，所述抑制剂为2-甲基-3-丁炔-醇、1-乙炔基环己醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇和3-甲基-1-十二炔-3-醇中的至少一种。
作为优选，所述催化剂为铂金催化剂，更优选为铂(0)-1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷络合物、铂(0)-1,3-二甲基-1,3-二苯基-1,3-二乙烯基二硅氧烷络合物、铂(0)-1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物、氯铂酸-辛醇络合物中的至少一种。
第四方面，本发明还提供了一种用于制备所述超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶的方法，其步骤包括：
（S.1）在真空条件下，按照A组分的配方将端乙烯基聚二甲基硅氧烷和复配型阻燃剂混合均匀后，然后将阻燃改性轻质填料、色浆和催化剂加入，并混合均匀，得到预混料A；
（S.2）在真空条件下，按照B组分的配方将端乙烯基聚二甲基硅氧烷、甲基聚氢硅氧烷和复配型阻燃剂混合均匀后，再将阻燃改性轻质填料、抑制剂和硅烷偶联剂加入，并混合均匀，得到预混料B；
（S.3）将上述得到的预混料A和预混料B混合均匀，得到超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明通过将轻质填料进行表面包覆改性，能够有效提升与有机硅基体之间的相容性以及连接强度，进一步降低其密度以及提升其隔热性能。
（2）通过表面包覆改性轻质填料的加入能够有效提升有机硅灌封胶的阻燃性能；
（3）本发明将多种不同类型和不同比重的阻燃材料以特定配比进行组合使用，同时结合轻质填料的填充，不仅可将灌封胶的粘度控制在1000～6000cps(25℃)，使其具有较好的操作性，容易施工使用，而且还显著提高了灌封胶的隔热性能，显著降低了灌封胶的密度，并使灌封胶具有优异的阻燃性能，在新能源汽车锂电池中具有很好的应用前景，能同时满足汽车锂电池的轻量化和防止动力电池易爆燃等的要求。
附图说明
图1 为本发明制备得到的改性轻质填料A的电镜照片。
图2 为实施例1中的灌封胶经过燃烧后的电镜照片。
图3 为对比例1中的灌封胶经过燃烧后的电镜照片。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
【轻质填料改性】
改性轻质填料A的制备:
（1）取100g空心玻璃微珠，加入到含有聚乙烯吡咯烷酮水溶液（50g/L）的含有聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，180℃水热反应10h后，在空心玻璃微珠表面包覆一层碳前驱体，将其在氮气以及400℃条件下保持5h后，使得碳前驱体热分解形成多孔碳层，得到包覆有多孔碳层的空心玻璃微珠；
（2）将100g包覆有多孔碳层的空心玻璃微珠置于1L浓度为60g/L的氯化钙溶液中，然后向溶液中加入氟化钠水溶液（20g/100ml），从而使得钙离子与氟离子结合形成氟化钙，从而在多孔碳层内部吸附氟化钙，得到包覆有第一包覆体的微珠；
（3）将含有15g乙烯基二甲氧基硅烷、30g甲基二甲氧基硅烷以及20g三(羟甲基)膦加入到由200ml乙醇以及50ml水组成的溶液中，然后加入1g酸性白土水解3h后，过滤去除酸性白土，得到含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液；
（4）将包覆有第一包覆体的微珠浸渍于含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液中，搅拌30分钟后，减压蒸除溶剂，从而在包覆有第一包覆体的微珠表面包覆含有硅、磷以及乙烯基的预聚物，然后在100℃的烘箱中烘烤1h后，得到所述阻燃改性轻质填料A，其电镜照片如图1所示。
改性轻质填料B的制备:
（1）取100g空心玻璃微珠以及5g十六烷基三甲基溴化铵，加入到500ml水中超声混合均匀后向其中继续加入200ml乙醇、28g间苯二酚，30℃搅拌均匀后向其中滴加40ml甲醛，搅拌反应6h后，在空心玻璃微珠表面包覆一层碳前驱体，将其在氮气以及500℃条件下保持4h后，使得碳前驱体热分解形成多孔碳层，得到包覆有多孔碳层的空心玻璃微珠；
（2）将100g包覆有多孔碳层的空心玻璃微珠置于1L浓度为60g/L的氯化钙溶液中，然后向溶液中加入氟化钠水溶液（20g/100ml），从而使得钙离子与氟离子结合形成氟化钙，从而在多孔碳层内部吸附氟化钙，得到包覆有第一包覆体的微珠；
（3）将含有20g乙烯基二甲氧基硅烷、40g甲基二甲氧基硅烷以及25g三(羟甲基)膦加入到由200ml乙醇以及50ml水组成的溶液中，然后加入1g酸性白土水解3h后，过滤去除酸性白土，得到含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液；
（4）将包覆有第一包覆体的微珠浸渍于含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液中，搅拌30分钟后，减压蒸除溶剂，从而在包覆有第一包覆体的微珠表面包覆含有硅、磷以及乙烯基的预聚物，然后在100℃的烘箱中烘烤1h后，得到所述阻燃改性轻质填料B。
改性轻质填料C的制备:
取100g空心玻璃微珠，加入到含有15g乙烯基二甲氧基硅烷、30g甲基二甲氧基硅烷以及20g三(羟甲基)膦加入到由200ml乙醇以及50ml水组成的溶液中，然后加入1ml浓盐酸水解3h后，过滤得到包覆有硅、磷以及乙烯基的预聚物的空心玻璃微珠，然后在100℃的烘箱中烘烤1h后，得到所述阻燃改性轻质填料C。
改性轻质填料D的制备:
（1）取100g空心玻璃微珠，加入到含有聚乙烯吡咯烷酮水溶液（50g/L）的含有聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，180℃水热反应10h后，在空心玻璃微珠表面包覆一层碳前驱体，将其在氮气以及400℃条件下保持5h后，使得碳前驱体热分解形成多孔碳层，得到包覆有多孔碳层的空心玻璃微珠；
（2）将100g包覆有多孔碳层的空心玻璃微珠置于1L浓度为60g/L的氯化钙溶液中，然后向溶液中加入氟化钠水溶液（20g/100ml），从而使得钙离子与氟离子结合形成氟化钙，从而在多孔碳层内部吸附氟化钙，得到包覆有第一包覆体的微珠，即改性轻质填料D。
实施例1
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料A 50份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料A 50份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本实施例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例2
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料A 80份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料A 80份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本实施例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例3
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料A 100份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料A 100份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本实施例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例4
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料B 80份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂100份、改性轻质填料B 80份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本实施例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例5
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷316份、复配型阻燃剂144份、改性轻质填料A 80份、色浆0.6份和催化剂1.1份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷316份、甲基聚氢硅氧烷30份、复配型阻燃剂144份、改性轻质填料A 80份、抑制剂0.3份和硅烷偶联剂13份。
本实施例中
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝，氢氧化镁和聚磷酸铵，粒径均为10～50μm，三者质量比为1/1/2；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多DH-018；
B组分中的抑制剂选自迈图ME 75；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例6
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷316份、复配型阻燃剂144份、改性轻质填料A 80份、色浆0.6份和催化剂1.1份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷316份、甲基聚氢硅氧烷31份、复配型阻燃剂144份、改性轻质填料A 80份、抑制剂0.3份和硅烷偶联剂13份。
本实施例中
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝，氢氧化镁和三聚氰胺氰尿酸盐，粒径均为10～50μm，三者质量比为1/1/3；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多DH-018；
B组分中的抑制剂选自迈图ME 75；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例7
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷270份、复配型阻燃剂150份、改性轻质填料A 60份、色浆0.6份和催化剂1.3份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷270份、甲基聚氢硅氧烷26份、复配型阻燃剂150份、改性轻质填料A 60份、抑制剂0.5份和硅烷偶联剂13份。
本实施例中
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的三聚氰胺氰尿酸盐，粒径均为10～50μm；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多DH-018；
B组分中的抑制剂选自迈图ME 75；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例8
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷375份、复配型阻燃剂60份、改性轻质填料A 60份、色浆0.6份和催化剂1.5份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷375份、甲基聚氢硅氧烷60份、复配型阻燃剂60份、改性轻质填料A 60份、抑制剂0.5份和硅烷偶联剂14份。
本实施例中：
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝，氢氧化镁、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐，粒径均为10～50μm，三者质量比为1/1/1/2；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自润禾RH-H518；
B组分中的抑制剂选自迈图ME 75；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例9
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷200份、复配型阻燃剂50份、改性轻质填料A 50份和催化剂0.5份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷200份、甲基聚氢硅氧烷5份、复配型阻燃剂50份、改性轻质填料A 50份、抑制剂0.01份和硅烷偶联剂1份。
本实施例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例10
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷400份、复配型阻燃剂150份、改性轻质填料A 70份、色浆2份和催化剂2份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷400份、甲基聚氢硅氧烷50份、复配型阻燃剂150份、改性轻质填料A 70份、抑制剂10份和硅烷偶联剂50份。
本实施例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
对比例1
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、轻质填料A 80份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂150份、轻质填料A 80份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本对比例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分和B组分中的轻质填料选自空心玻璃微珠，其密度为0.18g/cm3，D50粒径为80μm；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
对比例2
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、轻质填料C 80份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂150份、轻质填料C 80份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本对比例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分和B组分中的轻质填料选自空心玻璃微珠，其密度为0.18g/cm3，D50粒径为80μm；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
对比例3
一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其由A组分和B组分组成，且A组分与B组分的质量比为1:1。 其中：
A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、复配型阻燃剂100份、轻质填料D 80份、色浆0.5份和催化剂0.9份。
B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷300份、甲基聚氢硅氧烷22份、复配型阻燃剂150份、轻质填料D 80份、抑制剂0.2份和硅烷偶联剂10份。
本对比例中，
A组分和B组分中的端乙烯基聚二甲基硅氧烷选自粘度为200 cps(25℃,4#转子，100rpm);
A组分和B组分中的复配型阻燃剂选自表面改性的氢氧化铝和氢氧化镁，粒径均为10～30μm，两者质量比为2/1；
A组分和B组分中的轻质填料选自空心玻璃微珠，其密度为0.18g/cm3，D50粒径为80μm；
A组分中的色浆选自加圣JSSG5005；
A组分中的催化剂选自矽宝PL-56；
B组分中的甲基聚氢硅氧烷选自海多H-036t-120；
B组分中的抑制剂选自信越HR-O4；
B组分中的硅烷偶联剂选自KH560。
实施例1~10以及对比例1~3中制备得到的超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶的配方如总下表1所示。
表1
实施例1~10以及对比例1~3中的超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶的制备方法，步骤如下：
(1)在真空度为0.05MPa的真空条件下，按照A组分的配方将端乙烯基聚二甲基硅氧烷和复配型阻燃剂在2000r/min的高速下混合均匀(混合2 h)后，再在500r/min的低速搅拌下，将轻质填料、色浆和催化剂加入，并混合均匀(混合10 min)，得到预混料A；
(2)在真空度为0 .05MPa的真空条件下，按照B组分的配方将端乙烯基聚二甲基硅氧烷、甲基聚氢硅氧烷和复配型阻燃剂在2000r/min的高速下混合均匀(混合2 h)后，再在500r/min的低速搅拌下，将轻质填料、抑制剂和硅烷偶联剂加入，并混合均匀(混合10min)，得到预混料B；
(3)将上述得到的预混料A和预混料B混合均匀(在500r/min的低速搅拌下混合10min)，得到超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶。
【测试实施例】
对实施例1-10以及对比例1~3制备得到的超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶进行性能测试，具体如下：
动力粘度和密度：根据GB/T 2794-2013分别测试灌封胶中A、B组分的25℃的粘度值，根据GB/T 2794-2013分别测试各实施例中A、B组分混合均匀后得到的灌封胶的25℃动力粘度值，根据GB/T 13354-1992分别测试各实施例中A、B组分及混合均匀后得到的灌封胶的25℃的密度值；
操作时间：将各实施例中A、B组分混合均匀后得到灌封胶，根据GB/T 7123.1-2002测试25℃适用期；
硬度：根据GB/T 531.1-2008测试灌封胶固化后的硬度。
阻燃性能：根据ANSI/UL 94-1985测试灌封胶固化后的阻燃性能。
击穿电压：根据GB/T 1408.1-1999测试击穿电压。
实验结果见表2。
表2
从上表数据中可知，通过本发明中制备得到的有机硅灌封胶具有极低的密度，同时具有良好的阻燃效果。图2为实施例1中制备得到的超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶燃烧后的电镜照片，从图中可以看出，包裹在灌封胶内部的轻质填料A在燃烧后发生了破裂，并使得其内部的二氧化碳气体能够有效释放。图2为对比例1中制备得到的超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶燃烧后的电镜照片，从图中可以看出，由于对比例1中的中空玻璃微珠未经改性，导致其在燃烧后也仍然保持完整的球状颗粒，这也是其阻燃性能欠佳的一个原因。
此外，本发明中的有机硅灌封胶还具有良好的力学性能以及电学性能，能够将其良好的应用于动力电池灌封过程中，从而在新能源汽车锂电池中具有很好的应用前景，能同时满足汽车锂电池的轻量化和防止动力电池易爆燃等的要求。
Claims (10)
1.一种阻燃改性轻质填料，其特征在于，
包括具有空心结构的微珠以及包覆微珠外部的外包覆体；
所述微珠内部包埋有二氧化碳气体；
所述外包覆体包括第一包覆体以及第二包覆体；
所述第一包覆体中包含有多孔碳层，所述多孔碳层中吸附有氟化钙；
所述第二包覆体中为包含有硅、磷以及乙烯基的聚合物链段。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃改性轻质填料，其特征在于，
所述具有空心结构的微珠包括空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、闭孔膨胀珍珠岩中的一种或多种的组合。
3.一种用于制备权利要求1或2所述阻燃改性轻质填料的方法，其特征在于，
包含以下步骤：
（1）将具有空心结构的微珠表面包覆一层碳前驱体，将碳前驱体热分解后，得到包覆有多孔碳层的微珠；
（2）将包覆有多孔碳层的微珠浸渍于钙盐溶液中，然后向溶液中加入氟化钠，从而在多孔碳层内部吸附氟化钙，得到包覆有第一包覆体的微珠；
（3）将含有乙烯基的烷基硅烷单体与三(羟甲基)膦混合水解，得到含有有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液；
（4）将包覆有第一包覆体的微珠浸渍于含有硅、磷以及乙烯基的预聚物溶液中，从而在包覆有第一包覆体的微珠表面包覆第二包覆体，得到所述阻燃改性轻质填料。
4.一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其特征在于，其由A组分和B组分组成；
所述A组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷200～400份、复配型阻燃剂50~150份、阻燃改性轻质填料50～100份、色浆0~2份和催化剂0.5～2份；
所述B组分由如下重量份的组分组成：端乙烯基聚二甲基硅氧烷200～400份、甲基聚氢硅氧烷5～50份、复配型阻燃剂50~150份、阻燃改性轻质填料50～100份、抑制剂0.01～10份和硅烷偶联剂1～50份。
5.根据权利要求4所述的一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其特征在于，
所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷的结构简式如下：
CH2＝CH(CH3)2SiO[R1R2SiO1/2]p[(R1)2SiO1/2]qSi(CH3)2R3；
其中，R1选自C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；R2选自C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；R3选自-CH＝CH2、C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；p和q各自独立地选自40～5000的整数。
6.根据权利要求4所述的一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其特征在于，
甲基聚氢硅氧烷的结构简式如下：
R4(CH2)2SiO[SiMeR5O]m[SiR6HO3/2]n[SiO2]sSi(R7)2R8；
其中，R4、R5、R6、R7和R8分别选自-H、C1～C5直链或支链烷基、苯基中的任意一种；m、n和s各自独立地选自10～200的整数。
7.根据权利要求4所述的一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其特征在于，
所述复配型阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、聚磷酸铵和三聚氰胺氰尿酸盐中至少两种及以上的组合。
8.根据权利要求4所述的一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其特征在于，
硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
9.根据权利要求4所述的一种超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶，其特征在于，
所述抑制剂为2-甲基-3-丁炔-醇、1-乙炔基环己醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇和3-甲基-1-十二炔-3-醇中的至少一种。
10.一种用于制备权利要求4~9中任意一项所述超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶的方法，其特征在于：其步骤包括：
（S.1）在真空条件下，按照A组分的配方将端乙烯基聚二甲基硅氧烷和复配型阻燃剂混合均匀后，然后将阻燃改性轻质填料、色浆和催化剂加入，并混合均匀，得到预混料A；
（S.2）在真空条件下，按照B组分的配方将端乙烯基聚二甲基硅氧烷、甲基聚氢硅氧烷和复配型阻燃剂混合均匀后，再将阻燃改性轻质填料、抑制剂和硅烷偶联剂加入，并混合均匀，得到预混料B；
（S.3）将上述得到的预混料A和预混料B混合均匀，得到超低密度超阻燃有机硅隔热灌封胶。
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| WO2024108681A1 (zh) | 2024-05-30 |
| CN115595091B (zh) | 2023-04-18 |
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Denomination of invention: A type of ultra-low density and ultra flame-retardant silicone insulation sealing adhesive and its preparation method Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20230418 Pledgee: Bank of China Limited Yongxiu sub branch Pledgor: Jiangxi tianyongcheng polymer material Co.,Ltd. Registration number: Y2023980072273 |
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