CN116023787A - 一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及有机硅材料技术领域，特别涉及一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫及其制备方法。本申请提供的有机硅泡沫包括A组分和B组分，所述A组分包括以下原料：乙烯基硅油、羟基硅油、气相二氧化硅、卡斯特催化剂；所述B组分包括以下原料：乙烯基硅油、含氢硅油、气相二氧化硅、改性膨胀微球、1‑乙炔基环己醇；其中，所述改性膨胀微球由含氟硅烷偶联剂对膨胀微球进行改性得到。本申请将物理发泡和化学发泡相结合获得具有两种尺寸泡孔的有机硅泡沫，两种泡孔在泡沫内部无规则排列，使得泡沫材料同时具有优异的力学性能和减震效果。

Description

一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫及其制备方法

技术领域

本申请涉及有机硅材料技术领域，特别涉及一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的发展，对动力电池的性能要求逐渐提高，需要设计更高的功率以满足更长的续航时间，则动力电池在运行过程中电芯的温度会越来越高，常规的发泡材料由于无法长期在高温环境下使用，已经逐步被有机硅泡沫取代。有机硅泡沫材料是以硅橡胶生胶、填料、硫化剂、发泡剂等为原料，混炼均匀后，在高温下发泡硫化制备的一种多孔、低密度、可压缩的高分子弹性体材料。有机硅橡胶泡沫材料同时具备硅橡胶和泡沫材料的优异性能，既具有橡胶的高回弹性、耐老化，又具有吸声、减震等泡沫所具有的性能，因此适用于防水、减震、密封垫、隔音、绝缘、航空隔热等性能要求比较高的场所。

现有方法制备出的发泡材料通常仅含有单一尺寸的泡孔，且孔径分布比较接近，无法同时满足力学强度和减震性能。大泡孔材料减震性能更好，但力学性能较差，长期受力情况下，材料容易破坏；微孔材料力学性能较好，但材料质地较硬，无法起到良好的减震效果。专利CN106380855A公开了一种双组份有机硅泡沫材料及其简易辅助发泡工艺，具体公开了以高羟基含量的羟基封端聚二甲基硅氧烷作为辅助发泡剂，利用该方法能够得到更均匀的泡沫，然而无法解决力学性能差的问题。

基于以上分析，提供一种能够同时兼顾减震性能和力学性能的有机硅泡沫十分重要。

发明内容

本申请实施例提供了一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，以解决现有技术中有机硅泡沫无法同时满足力学强度和减震性能的问题。

第一方面，本申请提供一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，包括A组分和B组分，按质量份计，所述A组分包括以下原料：乙烯基硅油、羟基硅油、气相二氧化硅、卡斯特催化剂；所述B组分包括以下原料：乙烯基硅油、含氢硅油、气相二氧化硅、改性膨胀微球、1-乙炔基环己醇；其中，所述改性膨胀微球由含氟硅烷偶联剂对膨胀微球进行改性得到。

一些实施例中，所述A组分中各原料的质量份为：30～80份乙烯基硅油、20～50份羟基硅油、10～30份气相二氧化硅、0.5份卡斯特催化剂。

一些实施例中，所述B组分中各原料的质量份为：30～80份乙烯基硅油、10～40份含氢硅油、20～40份气相二氧化硅、2～10份改性膨胀微球、0.01～0.05份1-乙炔基环己醇。

一些实施例中，所述改性膨胀微球通过以下过程制备：将含氟硅烷偶联剂加入低沸点溶剂中，加入水搅拌溶解，得到含氟硅烷偶联剂溶液；将含氟硅烷偶联剂溶液喷淋在待改性的膨胀微球的表面，搅拌，之后干燥，即得到改性膨胀微球。

一些实施例中，所述含氟硅烷偶联剂选用全氟癸基三乙氧基硅烷、九氟己基三甲氧基硅烷、三氟丙烷三甲氧基硅烷中的任一种或多种的混合。

一些实施例中，所述低沸点溶剂选用无水乙醇、环己烷、异丙醇、甲苯中的任一种或多种的混合。

一些实施例中，所述膨胀微球的壳材为丙烯酸酯类聚合物，所述膨胀微球的芯材为正丁烷、异丁烷、正己烷或环己烷中的任一种。

一些实施例中，所述含氟硅烷偶联剂的添加量为改性膨胀微球总质量的0.1％～5％；所述含氟硅烷偶联剂在低沸点溶剂中的浓度为10wt％～30wt％；所述水的添加量为含氟硅烷偶联剂质量的1％～10％。

一些实施例中，所述改性膨胀微球的粒径为5～30μm。

一些实施例中，所述有机硅泡沫的内部不规则分布多个大泡孔和多个第小泡孔。

一些实施例中，所述大泡孔由羟基硅油和含氢硅油缩合产生的氢气形成，所述小泡孔由改性膨胀微球受热膨胀后形成。

一些实施例中，所述大泡孔的孔径为300～500μm，所述小泡孔的孔径为10～100μm。

一些实施例中，所述有机硅泡沫的密度为0.2～0.8g/cm³。

一些实施例中，所述乙烯基硅油的粘度为1000～10000cps，乙烯基含量为0.05％～0.5％。

一些实施例中，所述羟基硅油的粘度为50～10000cps，羟基含量为0.1％～5％。

一些实施例中，所述含氢硅油的粘度为10～200cps，氢含量为0.2％～2％。

一些实施例中，所述气相二氧化硅的比表面积为150～350m²/g，所述气相二氧化硅选自瓦克N20、瓦克T40、AEROSIL R 974、CAB-O-SIL M-5、CAB-O-SIL-TS530、CAB-O-SILTS610、REOLOSIL QS-10中的任一种或多种的混合。

第二方面，本申请还提供了上述有机硅泡沫的制备方法，包括以下步骤：

制备A组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、气相二氧化硅、卡斯特催化剂混合均匀，得到A组分；

制备B组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、气相二氧化硅、改性膨胀微球、1-乙炔基环己醇混合均匀，得到B组分；

发泡：将A组分、B组分等质量份均匀混合，加热发泡、固化，即可得到具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫。

一些实施例中，加热发泡的温度为60～120℃。

本申请提供的有机硅泡沫能够应用于新能源汽车、航空、电子设备、建筑以及交通等需要减震及耐高温领域。

本申请使用含氟硅烷偶联剂对膨胀微球进行改性，含氟硅烷偶联剂水解产生的羟基与膨胀微球表面的羟基发生缩合，则两者产生较高的结合强度，在搅拌和分散的过程中不会脱落，保证了改性稳定性。

本申请可以通过调整乙烯基硅油、羟基硅油和含氢硅油的比例以及膨胀微球的添加量来调整大小泡孔的孔径和彼此的泡孔数量，从而使有机硅泡沫具有不同的性能。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请将物理发泡和化学发泡相结合获得具有两种尺寸泡孔的有机硅泡沫，两种孔径具有明显差别的泡孔在泡沫内部无规则排列，且本申请采用含氟硅烷偶联剂改性的膨胀微球，能够有效提升膨胀微球与硅油之间的相容性，提升分散性，从而使大泡孔和小泡孔的孔径分别接近均一，提高了泡沫材料的力学性能和减震效果；本申请提供的制备方法工艺简单，便于工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例1制得的有机硅泡沫的电子显微镜图；

图2是本申请对比例1制得的有机硅泡沫的电子显微镜图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其能解决现有技术中有机硅泡沫无法同时满足力学强度和减震性能的问题。

本申请实施例提供一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，制备A组分：按质量份计，称取30～80份乙烯基硅油、20～50份羟基硅油、10～30份气相二氧化硅和0.5份卡斯特催化剂混合均匀，得到A组分；

步骤S102，制备B组分：按质量份计，称取30～80份乙烯基硅油、10～40份含氢硅油、20～40份气相二氧化硅、2～10份改性膨胀微球和0.01～0.05份1-乙炔基环己醇混合均匀，得到B组分；

步骤S103，发泡：将A组分和B组分按照等质量份均匀混合，在60～120℃加热发泡、固化，即可得到具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫。

本申请实施例制备得到的有机硅泡沫的密度为0.2-0.8g/cm³，且有机硅泡沫的内部含有两种孔径大小不同的泡孔，大泡孔的孔径为300-500μm，小泡孔的孔径为10-100μm，大泡孔和小泡孔无规则分布于有机硅泡沫的内部。

下面结合实施例和对比例对本申请提供的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫及其制备方法进行详细说明。

以下实施例中使用的改性膨胀微球通过以下过程制备：

(1)将待改性的膨胀微球(壁材：丙烯酸酯类聚合物；芯材：正己烷)置于带有搅拌桨和喷雾嘴的容器中；

(2)将全氟癸基三乙氧基硅烷溶解于无水乙醇中，并添加少量去离子水，搅拌0.1-1h，得到全氟癸基三乙氧基硅烷溶液；

(3)将放置有膨胀微球的容器加热至40℃，打开搅拌桨，将全氟癸基三乙氧基硅烷溶液通过喷雾嘴喷淋于膨胀微球的表面，喷完后，继续搅拌反应1h；

(4)取出膨胀微球，置于60℃烘箱中，烘干无水乙醇和水分，即可得到改性膨胀微球。

实施例1：

实施例1提供了一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，制备A组分：按重量份计，将50份粘度1000cps乙烯基含量0.8％的乙烯基硅油、25份粘度10000cps的羟基硅油、5份粘度50cps的羟基硅油，20份瓦克T40气相二氧化硅、0.5份卡斯特催化剂混合均匀，得到A组分；

步骤S102，制备B组分：按重量份计，将65份粘度1000cps乙烯基含量0.8％的乙烯基硅油、10份粘度100cps氢含量1.1％的含氢硅油、20份瓦克T40气相二氧化硅、5份改性膨胀微球、0.02份1-乙炔基环己醇混合均匀，得到B组分；

步骤S103，混合：将A组分和B组分等质量份均匀混合，100℃加热发泡、固化，即可得到具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫。

实施例1制得的有机硅泡沫的电子显微镜图见图1，从图1可以看出，该有机硅泡沫的内部不规则分布大泡孔和小泡孔，大泡孔和小泡孔的孔径分布均较均匀。

对比例1：

对比例1与实施例1的不同仅在于：制备过程中不加入改性膨胀微球；其余过程则与实施例1基本相同。

对比例1制得的有机硅泡沫的电子显微镜图见图2，从图2可以看出，该有机硅泡沫的内部仅有单一大孔径的泡孔，夹杂有少量小孔径的泡孔，且大泡孔的孔径分布不均匀。

对比例2：

对比例2与实施例1的不同仅在于：制备过程中加入未改性的膨胀微球；其余过程则与实施例1基本相同。

实施例2：

实施例2提供了一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，制备A组分：按重量份计，将20份粘度50000cps乙烯基含量0.05％的乙烯基硅油、40份粘度5000cps乙烯基含量0.45％的乙烯基硅油、20份粘度2000cps的羟基硅油、10份粘度100cps的羟基硅油，10份CAB-O-SIL M-5气相二氧化硅、0.5份卡斯特催化剂混合均匀，得到A组分；

步骤S102，制备B组分：按重量份计，将40份粘度1000cps乙烯基含量0.1％的乙烯基硅油、30份粘度200cps氢含量0.2％的含氢硅油、30份CAB-O-SIL M-5气相二氧化硅、8份改性膨胀微球、0.01份1-乙炔基环己醇混合均匀，得到B组分；

步骤S103，混合：将A组分和B组分等质量均匀混合，80℃加热发泡、固化，即可得到具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫。

实施例3：

实施例3提供了一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫的制备方法，包括以下步骤：

步骤S101，制备A组分：按重量份计，将20份粘度20000cps乙烯基含量0.14％的乙烯基硅油、20份粘度5000cps乙烯基含量0.45％的乙烯基硅油、40份粘度8000cps的羟基硅油、20份REOLOSIL QS-10气相二氧化硅、0.5份卡斯特催化剂混合均匀，得到A组分；

步骤S102，制备B组分：按重量份计，将30份粘度5000cps乙烯基含量0.1％的乙烯基硅油、40份粘度10000cps的羟基硅油、10份粘度50cps氢含量2％的含氢硅油、20份REOLOSIL QS-10气相二氧化硅、10份改性膨胀微球，0.05份1-乙炔基环己醇混合均匀，得到B组分；

步骤S103，混合：将A组分、B组分等质量均匀混合，120℃加热发泡、固化，即可得到具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫。

对实施例1-实施例3制得的有机硅泡沫进行性能测试，标准如下：

(1)泡沫拉伸强度和断裂伸长率测试标准：GB/T 6344-2008；

(2)表观密度测试：GB/T6343-2009；

(3)压缩永久变形测试标准：GB/T 6669-2008，测试温度70℃，测试时间72h，压缩率25％；

(4)阻尼性能测定：采用DMTA型动态力学分析仪进行测试。

测试结果如表1所示。

表1：实施例1-实施例3和对比例1-2制备的有机硅泡沫的性能测试

从表1可以看出，与对比例1制得的仅具有单一泡孔结构的有机硅泡沫相比，本申请实施例1-3制得的有机硅泡沫的拉伸强度和断裂伸长率明显提高，且压缩永久变形和阻尼性能均优于对比例1，由此可以说明，具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫同时兼具优异的力学强度和减震性能。与对比例2加入未改性的膨胀微球相比，本申请实施例1加入经含氟硅烷偶联剂改性的改性膨胀微球，得到的有机硅泡沫的拉伸强度、断裂伸长率、压缩永久变形及阻尼性能均有提高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的规定。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，包括A组分和B组分，所述A组分包括以下原料：乙烯基硅油、羟基硅油、气相二氧化硅、卡斯特催化剂；所述B组分包括以下原料：乙烯基硅油、含氢硅油、气相二氧化硅、改性膨胀微球、1-乙炔基环己醇；其中，所述改性膨胀微球由含氟硅烷偶联剂对膨胀微球进行改性得到。

2.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述改性膨胀微球的制备过程为：将含氟硅烷偶联剂加入低沸点溶剂中，加入水搅拌溶解，得到含氟硅烷偶联剂溶液；将含氟硅烷偶联剂溶液喷淋在待改性的膨胀微球的表面，搅拌，之后干燥，即得到改性膨胀微球。

3.根据权利要求2所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述含氟硅烷偶联剂选用全氟癸基三乙氧基硅烷、九氟己基三甲氧基硅烷、三氟丙烷三甲氧基硅烷中的任一种或多种的混合。

4.根据权利要求2所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述低沸点溶剂选用无水乙醇、环己烷、异丙醇、甲苯中的任一种或多种的混合。

5.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述膨胀微球的壳材为丙烯酸酯类聚合物，所述膨胀微球的芯材为正丁烷、异丁烷、正己烷或环己烷中的任一种。

6.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述有机硅泡沫的内部分布多个孔径接近均一的大泡孔和多个孔径接近均一的小泡孔。

7.根据权利要求6所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述大泡孔由羟基硅油和含氢硅油缩合产生的氢气形成，所述小泡孔由改性膨胀微球受热膨胀形成。

8.根据权利要求1所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述A组分中各原料的质量份为：30～80份乙烯基硅油、20～50份羟基硅油、10～30份气相二氧化硅、0.5份卡斯特催化剂。

9.根据权利要求8所述的具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫，其特征在于，所述B组分中各原料的质量份为：30～80份乙烯基硅油、10～40份含氢硅油、20～40份气相二氧化硅、2～10份改性膨胀微球、0.01～0.05份1-乙炔基环己醇。

10.权利要求1～9任一项所述具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备A组分：将乙烯基硅油、羟基硅油、气相二氧化硅、卡斯特催化剂混合均匀，得到A组分；

制备B组分：将乙烯基硅油、含氢硅油、气相二氧化硅、改性膨胀微球、1-乙炔基环己醇混合均匀，得到B组分；

发泡：将A组分、B组分均匀混合，加热发泡、固化，即可得到具有双峰泡孔结构的有机硅泡沫。

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