CN115851221A - 一种快速成型的uv固化硅类密封胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速成型的UV固化硅类密封胶，通过将聚硅氧烷、引发剂、无机填料、双键化合物、抑制剂、助剂混合制备得到快速成型的UV固化硅类密封胶，该密封胶的硬度较小，对基材的粘接力适中，柔韧性强，而且具有优异的耐温性、耐磨性，热膨胀系数、固化收缩率小，而且所得的UV固化硅类密封胶为无溶剂的单组分密封胶，通过紫外光或可见光即可实现快速固化，在现场打胶后当场即能固化成型，不需要模具来做，通过点胶来实现，操作简单，而且较弱的粘结强度有助于后期进行返修处理，降低了成本，经济环保。此外，所得密封胶适用于结构装配需要密封的地方，可以代替常见的硅胶密封圈。
Description
技术领域
本发明涉及的是硅类密封胶领域，C09J183/07，尤其涉及一种快速成型的UV固化硅类密封胶及其制备方法。
背景技术
硅橡胶密封圈在汽车、建筑、电器等多领域具有广泛影响，但目前硅橡胶密封圈多为成型产品，在使用时将其通过人工或机器装配在所需位置起到密封作用。此类预先加工的密封圈的制备工艺需要开模，成本高，而且所需时间久，最快约3-5天，更重要的是，其对于使用环境具有很大的限制，在于产品不匹配时无法现场返工修改，根据产品形状进行调整，达到更好的密封效果，会导致资源浪费，而且现有技术中快速固化的密封胶的热稳定性较差。
专利CN202011204264.0公开了一种透明UV原位固化有机硅密封胶及其制备方法，包括改性有机硅树脂、巯基官能化有机硅材料、填料、光引发剂，能够满足自动化点胶、快速紫外照射原位固化，达到全自动化快速原位定型密封垫圈的效果，但其不利于根据后期的返修处理。专利CN201910697218.X公开了一种紫外光固化就地聚合可返修防水密封胶，包括丙烯酸酯树脂预聚物、活性稀释剂、光引发剂、填料、触变剂、蜡、稳定剂，能够就地聚合，而且固化时间快，固化后的胶体对基材的粘接力适中，断裂强度高，断裂伸长率高可轻松进行返修，但其硬度高会降低其密封性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种快速成型的UV固化硅类密封胶，按重量百分比计，其制备原料包括：93～98％聚硅氧烷、0.5～4％引发剂、0.5～3％无机填料、0.5～3％双键化合物、0.1～0.8％抑制剂、助剂0.1～2％。
在一些优选的实施方式中，所述聚硅氧烷选自硅胶的种类为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶、液体硅橡胶、双端羟基聚二甲基硅氧烷、单羟基聚二甲基硅氧烷、乙烯基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；优选地，所述聚硅氧烷为双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷。
在一些优选的实施方式中，所述双端羟基聚二甲基硅氧烷25℃的粘度为15～60mm2/s，羟基含量为4～20wt％；优选地，所述双端羟基聚二甲基硅氧烷25℃的粘度为20～40mm2/s，羟基含量为6～12wt％。
在一些优选的实施方式中，所述双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷的质量比为1：(2～3)；优选地，所述双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷的质量比为1：2.6。
在一些优选的实施方式中，所述光引发剂选自苯偶酰缩酮类、苯乙酮类、硫杂蒽酮类、双咪噁、二芳基碘鎓盐、三芳基硅氧醚、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐中的至少一种；优选地，所述光引发剂为三芳基硫鎓盐。
在一些优选的实施方式中，所述无机填料选自碳酸钙、二氧化钛、氢氧化铝、白炭黑、氧化铝、氧化镁、氧化锌、白炭黑、硅藻土、硅微粉、高岭土、云母粉、滑石粉、石英粉中的至少一种；优选地，所述无机填料为碳酸钙、硅微粉和云母粉。
在一些优选的实施方式中，所述碳酸钙、硅微粉和云母粉的质量比为1：(1.4～2.1)：(2～3)；优选地，所述碳酸钙、硅微粉和云母粉的质量比为1：1.6：2.4。
在一些优选的实施方式中，所述碳酸钙选自轻质碳酸钙和/或重质碳酸钙；优选地，所述碳酸钙为重质碳酸钙；进一步优选地，所述重质碳酸钙的平均粒度为300～600目，白度为90～97；更进一步优选地，所述重质碳酸钙的平均粒度为400目，白度为93。
在一些优选的实施方式中，所述硅微粉的莫氏硬度为5～12，平均粒度为800～2000目；优选地，所述硅微粉的莫氏硬度为7，平均粒度为1250目。
在一些优选的实施方式中，所述云母粉的平均粒度为200～800目，Fe2O3的含量＜1.5wt％，莫氏硬度范围为2～5；优选地，所述云母粉的平均粒度为325目，Fe2O3的含量为1.2wt％，莫氏硬度范围为2～3。
有机硅材料的分子链间的相互作用力弱，导致其力学性能差，进而影响其密封性。本申请人发现在体系中添加无机填料的添加可以起到补强作用，特别是添加碳酸钙、硅微粉和云母粉，可以有效改善材料的耐温性，同时改善其撕裂强度和断裂伸长率。可能是因为重质碳酸钙质软、分散性好，吸油值低，硅微粉的含水量小，膨胀系数低，而云母粉为两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层，选择特定粒径的无机填料，三者协同作用，在体系中的分散形容性好，能够增加体系的体积，进而增加体系的抗张强度、撕裂强度，同时能与聚硅氧烷等材料更好地结合，调节体系的稠度和粘度，改善体系的屈服值、剪切力稀释指数，进而改善材料的抗撕裂、看老化和耐温性。本申请人意外发现，当碳酸钙、硅微粉和云母粉的质量比为1：(1.4～2.1)：(2～3)时，在体系中其他物质的协同作用下，所得材料硬度较低，粘性较弱，但断裂伸长率较高，可以达到540％，而且表现出优异的绝缘性。
在一些优选的实施方式中，所述双键化合物选自三烯丙基异氰脲酸酯、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、乙稀基三丁酮肟基硅烷、丙基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷、邻苯二甲酸二烯丙脂、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)中的至少一种；优选地，所述双键化合物为三烯丙基异氰脲酸酯、乙烯基三乙酰氧基硅烷和聚乙二醇二丙烯酸酯。
在一些优选的实施方式中，所述三烯丙基异氰脲酸酯、乙烯基三乙酰氧基硅烷和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为1：(0.5～1.5)：(1.1～2.2)；优选地，所述三烯丙基异氰脲酸酯、乙烯基三乙酰氧基硅烷和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为1：0.75：1.45。
在一些优选的实施方式中，所述抑制剂选自四甲基乙二胺、三丁基胺、二乙胺、苯乙炔、线性聚硅氧烷、氨基三乙氧基硅烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、N-亚硝基二乙胺、2-肼基乙醇、马来酸二甲酯、2-甲基-3-丁炔基-2-醇中的至少一种；优选地，所述抑制剂为二乙胺和四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
在一些优选的实施方式中，所述二乙胺和四甲基四乙烯基环四硅氧烷的质量比为1：(1.4～2.3)；优选地，所述二乙胺和四甲基四乙烯基环四硅氧烷的质量比为1：1.8。
在一些优选的实施方式中，所述助剂选自增粘剂、增韧剂、流平剂中的至少一种；优选地，所述助剂为增韧剂。
在一些优选的实施方式中，所述增韧剂选自山梨醇、丙三醇、葡萄糖、木糖醇、一缩乙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、蔗糖、甘露糖醇中的至少一种；优选地，所述增韧剂为山梨醇和1，3-丁二醇。
在一些优选的实施方式中，所述山梨醇和1，3-丁二醇的质量比为1：(0.5～1.5)；优选地，所述山梨醇和1，3-丁二醇的质量比为1：1。
本发明第二方面提供一种快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法：包括如下步骤：
(1)将聚硅氧烷加入反应釜，边搅拌边进行真空脱泡；
(2)继续加入无机填料、双键化合物、抑制剂、助剂边搅拌边进行真空脱泡；
(3)继续加入引发剂，保持反应釜的温度在15℃以下，搅拌混合20分钟；
(4)分料，储存，得到密封圈胶水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本申请通过将聚硅氧烷、引发剂、无机填料、双键化合物、抑制剂、助剂混合制备得到快速成型的UV固化硅类密封胶，该密封胶的硬度较小，对基材的粘接力适中，柔韧性强，而且具有优异的耐温性、耐磨性，热膨胀系数、固化收缩率小。
(2)本申请所得的UV固化硅类密封胶为无溶剂的单组分密封胶，通过紫外光或可见光即可实现快速固化，在现场打胶后当场即能固化成型，不需要模具来做，通过点胶来实现，操作简单，而且较弱的粘结强度有助于后期进行返修处理，降低了成本，经济环保。
(3)本申请所得密封胶适用于结构装配需要密封的地方，可以代替常见的硅胶密封圈。
具体实施方式
实施例1
1、一种快速成型的UV固化硅类密封胶，按重量百分比计，其制备原料包括：95％聚硅氧烷、3.3％引发剂、0.2％无机填料、0.9％双键化合物、0.4％抑制剂、助剂补足到100％。
所述聚硅氧烷为双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷。
所述双端羟基聚二甲基硅氧烷25℃的粘度为20～40mm2/s，羟基含量为6～12wt％(武汉华翔科洁生物技术有限公司)。
所述双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷的质量比为1：2.6。
所述光引发剂为三芳基硫鎓盐(济宁聚越新材料有限公司)。
所述无机填料为碳酸钙、硅微粉和云母粉。
所述碳酸钙、硅微粉和云母粉的质量比为1：1.6：2.4。
所述碳酸钙为重质碳酸钙；所述重质碳酸钙的平均粒度为400目，白度为93(灵寿县盛运矿产品加工厂)。
所述硅微粉的莫氏硬度为7，平均粒度为1250目(购自东海县富彩矿物制品有限公司)。
所述云母粉的平均粒度为325目，Fe2O3的含量为1.2wt％，莫氏硬度范围为2～3(灵寿县安泰矿业有限公司)。
所述双键化合物为三烯丙基异氰脲酸酯、乙烯基三乙酰氧基硅烷和聚乙二醇二丙烯酸酯。
所述三烯丙基异氰脲酸酯、乙烯基三乙酰氧基硅烷和聚乙二醇二丙烯酸酯的质量比为1：0.75：1.45。
所述抑制剂为二乙胺和四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
所述二乙胺和四甲基四乙烯基环四硅氧烷的质量比为1：1.8。
所述助剂为增韧剂。
所述增韧剂为山梨醇和1，3-丁二醇。
所述山梨醇和1，3-丁二醇的质量比为1：1。
2、一种快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法：包括如下步骤：
(1)将聚硅氧烷加入反应釜，边搅拌边进行真空脱泡；
(2)继续加入无机填料、双键化合物、抑制剂、助剂边搅拌边进行真空脱泡；
(3)继续加入引发剂，保持反应釜的温度在15℃以下，搅拌混合20分钟；
(4)分料，储存，得到密封圈胶水。
实施例2
1、一种快速成型的UV固化硅类密封胶，与实施例1的不同之处在于：
其制备原料包括：95.5％聚硅氧烷、2.7％引发剂、0.15％无机填料、1.0％双键化合物、0.3％抑制剂、助剂补足到100％。
2、一种快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法，同实施例1。
对比例1
1、一种快速成型的UV固化硅类密封胶，与实施例1的不同之处在于：
所述碳酸钙、硅微粉和云母粉的质量比为1：0.5：2.4。
2、一种快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法，同实施例1。
对比例2
1、一种快速成型的UV固化硅类密封胶，与实施例1的不同之处在于：
所述硅微粉的莫氏硬度为7，平均粒度为3000目(河北双先纳米材料科技有限公司)。
2、一种快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法，同实施例1。
对比例3
1、一种快速成型的UV固化硅类密封胶，与实施例1的不同之处在于：
所述山梨醇和1，3-丁二醇的质量比为1：0.5。
2、一种快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法，同实施例1。
性能测试
1、对实施例1所得样品进行测试，具体如表1所示。
表1实施例1性能测试结果
| 测试项目 | 测试方法 | 单位 | 测试结果 |
| 外观 | 目测 | / | 透明液体 |
| 粘度(25℃) | GB/T 2794-2013 | mPa·s | 120000 |
| 硬度 | GB/T 531-2008 | 邵A | 35 |
| 抗拉强度 | ASTM D897-08(2016) | N/mm<sup>2</sup> | 4.6 |
| 断裂伸长率 | GB/T 528-2009 | ％ | 540 |
| 撕裂强度 | GB/T 529-2008 | n/mm | 15 |
| 体积电阻率 | GB/T 40719-2021 | Ωcm | 2.2×10<sup>13</sup> |
| 介电强度 | GB 7752-1987 | KV/mm | 24 |
| 压缩形变(175℃，22h) | GB/T 7759.1-2015 | ％ | 26 |
2、对实施例及对比例进行测试，测试结果如表2所示。
耐温性：通过标准GB/T 16920-1997《玻璃平均线热膨胀系数的测定》对实施例及对比例所得样品进行热膨胀系数(×10-6K)测试。
表2实施例及对比例性能测试结果
Claims (10)
1.一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，按重量百分比计，其制备原料包括：93～98％聚硅氧烷、0.5～4％引发剂、0.5～3％无机填料、0.5～3％双键化合物、0.1～0.8％抑制剂、助剂0.1～2％。
2.根据权利要求1所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述聚硅氧烷选自硅胶的种类为甲基乙烯基硅橡胶、二甲基硅橡胶、液体硅橡胶、双端羟基聚二甲基硅氧烷、单羟基聚二甲基硅氧烷、乙烯基聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述聚硅氧烷为双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷；
所述双端羟基聚二甲基硅氧烷和乙烯基聚二甲基硅氧烷的质量比为1：(2～3)。
4.根据权利要求1所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述光引发剂选自苯偶酰缩酮类、苯乙酮类、硫杂蒽酮类、双咪噁、二芳基碘鎓盐、三芳基硅氧醚、二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述无机填料选自碳酸钙、二氧化钛、氢氧化铝、白炭黑、氧化铝、氧化镁、氧化锌、白炭黑、硅藻土、硅微粉、高岭土、云母粉、滑石粉、石英粉中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、硅微粉和云母粉；
所述碳酸钙、硅微粉和云母粉的质量比为1：(1.4～2.1)：(2～3)；
所述碳酸钙选自轻质碳酸钙和/或重质碳酸钙。
7.根据权利要求6所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述碳酸钙为重质碳酸钙；所述重质碳酸钙的平均粒度为300～600目，白度为90～97；
所述硅微粉的莫氏硬度为5～12，平均粒度为800～2000目。
8.根据权利要求1所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述双键化合物选自三烯丙基异氰脲酸酯、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、乙稀基三丁酮肟基硅烷、丙基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷、邻苯二甲酸二烯丙脂、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、过氧化二碳酸双(2-乙基己酯)中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种快速成型的UV固化硅类密封胶，其特征在于，所述抑制剂选自四甲基乙二胺、三丁基胺、二乙胺、苯乙炔、线性聚硅氧烷、氨基三乙氧基硅烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、N-亚硝基二乙胺、2-肼基乙醇、马来酸二甲酯、2-甲基-3-丁炔基-2-醇中的至少一种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的快速成型的UV固化硅类密封胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将聚硅氧烷加入反应釜，边搅拌边进行真空脱泡；
(2)继续加入无机填料、双键化合物、抑制剂、助剂边搅拌边进行真空脱泡；
(3)继续加入引发剂，保持反应釜的温度在15℃以下，搅拌混合20分钟；
(4)分料，储存，得到密封圈胶水。
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