CN1629223A - 用于形成硅氧烷弹性体多孔材料的油包水型乳状液组合物 - Google Patents
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Abstract
一种用于形成硅氧烷弹性体多孔材料的油包水型乳状液组合物,其中包含液体硅橡胶材料(其经固化形成硅氧烷弹性体)、具有表面活化功能的硅油材料和水。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于形成硅氧烷弹性体多孔材料的油包水型乳状液组合物,更具体而言,涉及一种能够在不伴有发泡现象的情况下制造硅氧烷弹性体多孔材料的油包水型乳状液组合物。
背景技术
硅氧烷弹性体多孔材料应用于多个领域,例如,作为图像成形设备(例如影印机和激光打印机)的部件(包括显像辊、给墨辊、递纸辊和磁鼓清洁辊),作为影印机、各类打印机和绘图仪的给纸辊,以及作为定影设备的加压辊。
习惯上,多孔材料主要利用发泡现象制造。对于发泡,化学发泡剂、气体或水可以用作发泡剂。硅氧烷弹性体多孔材料的制造也不例外,在大多数情况下,硅氧烷弹性体多孔材料通过使用这些发泡剂中的一种来制备。然而,在这种制造硅氧烷弹性体多孔材料的传统方法中,硅橡胶的固化和发泡同时发生,其结果是合成的多孔材料中孔腔(气泡)尺寸不均匀且其尺寸的变化范围很大。此外,通常难于形成其尺寸很小(例如,20μm或更小)的孔腔。
另一方面,JP 6-287348A号公开了一种通过冷冻使含有具有硅烷醇基团的聚硅氧烷、特定交联剂、固化催化剂和乳化剂的室温固化聚硅氧烷乳状液冻结,并升华其中的水以在不解冻该冻结乳状液的情况下干燥该冻结乳状液的制造硅氧烷弹性体多孔材料的方法。即使用这种方法,仍然难于制造具有均匀细小孔腔的多孔材料。此外,通过此方法获得的多孔材料属于开放孔腔类型。
发明内容
本发明的目的是提供一种油包水型乳状液组合物,使用该乳状液组合物能够在不伴有发泡现象的情况下制造具有均匀细小的孔腔(气泡)的硅氧烷弹性体多孔材料。
根据本发明的一个方面,提供一种用于形成硅氧烷弹性体多孔材料的油包水型乳状液,该油包水型乳状液包括液体硅橡胶材料(其经固化形成硅氧烷弹性体)、具有表面活化功能的硅油材料和水。
附图简要说明
图1是显示实验1中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图2是显示实验2中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图3是显示实验2中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图4是显示实验3中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图5是显示实验4中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图6是显示实验5中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图7是显示实验6中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图8是显示实验7中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图9是显示实验8中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图10是显示实验9中制备的各乳状液中水分离率的曲线图,将在下文中详细说明;
图11是显示实施例1中制造的硅氧烷弹性体多孔材料剖面的SEM照片,将在下文中详细说明;
图12是显示实施例2中制造的硅氧烷弹性体多孔材料剖面的SEM照片,将在下文中详细说明;以及
图13是显示比较实施例1中制造的成形体剖面的SEM图像,将在下文中详细说明。
具体实施方式
本发明的油包水型乳状液组合物包括液体硅橡胶材料(其经固化形成硅氧烷弹性体)、具有表面活化功能的硅油材料和水。
液体硅橡胶材料不作具体限定,只要其在加热固化时形成硅氧烷弹性体;然而,优选使用所谓的加成反应固化型液体硅橡胶。该加成反应固化型液体硅橡胶含有用作主要药剂的具有一个或多个不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷,和用作交联剂的含活性氢的聚硅氧烷。在具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷中,不饱和脂肪族基团可以引入分子的各个末端,且其也可以引入作为侧链。这种具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷可以由,例如,以下结构式(1)表示:
在结构式(1)中,各R1代表不饱和脂肪族基团,且各R2代表C1-C4低级烷基,氟取代的C1-C4低级烷基或苯基。a和b的总和通常为50-2,000。R1代表的不饱和脂肪族基团通常是乙烯基。R2通常是甲基。
含活性氢的聚硅氧烷(氢聚硅氧烷)用作具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷的交联剂,并且具有键连到其主链硅原子上的氢原子(活性氢)。优选在每分子含活性氢的聚硅氧烷中含有三个或更多氢原子。这种含活性氢的聚硅氧烷可以由,例如,以下结构式(2)表示:
在结构式(2)中,各R3代表氢或C1-C4低级烷基,且各R4代表C1-C4低级烷基。c和d的总和通常是8-100。R3和R4代表的低级烷基通常是甲基。
这些液体硅橡胶材料可以从商业途径得到。应当注意市售产品中,组成加成反应固化型液体硅橡胶的具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷和含活性氢的聚硅氧烷以独立包装提供,而固化这两种聚硅氧烷必需的固化催化剂(随后将详细说明),是添加在含活性氢的聚硅氧烷的包装中的。
具有表面活化功能的硅油材料被用作水在乳状液中稳定分散的分散稳定剂。因此,具有表面活化功能的硅油材料显现出对水和对液体硅橡胶材料的亲和力。优选该硅油材料具有亲水基团(例如醚基)。此外,该硅油材料通常具有3-13的HLB值,优选4-11。更优选组合使用两种HLB值彼此相差3或更多的醚改性硅油。在这种情况下,更优选组合使用HLB值为7-11的第一醚改性硅油和HLB值为4-7的第二醚改性硅油。该醚改性硅油中的任何一种可以是在聚硅氧烷的侧链上引入聚醚基的类型,其可以由,例如,以下结构式(3)表示:
在结构式(3)中,各R5代表C1-C4低级烷基,且R6代表聚醚基。e和f的总和通常为8-100。各R5代表的低级烷基通常是甲基。此外,R6代表的聚醚基通常包括(C2H4O)x基、(C3H6O)y基或(C2H4O)x(C3H6O)y基。HLB值主要由x和y的值决定。这些具有表面活化功能的液体硅油材料可由商业途径得到。
当然,在本发明所述油包水型乳状液中,水作为不连续相以微粒(液滴)形式分散。如下文中将详细说明的,水滴的直径基本上决定了由本发明所述油包水型乳状液中获得的多孔材料的孔腔(气泡)直径。水能够以平均直径为1-50μm的液滴的形式存在。特别是,在本发明所述油包水型乳状液中,具有20μm或更小直径的水滴可以占全部水滴的90%或更多。该乳状液中水滴的尺寸可以通过显微观测进行测量。
为了固化该液体硅橡胶材料,本发明所述油包水型乳状液中可以含有固化催化剂。本领域技术人员公知可以采用铂催化剂作为固化催化剂。以铂原子的重量计铂催化剂的用量为大约1-100ppm即可满足需要。该固化催化剂可以在制造硅氧烷弹性体多孔材料时加入到本发明所述油包水型乳状液中,或者可以在制备该乳状液时掺入其中。
为获得具有特别优良水分散稳定性的油包水型乳状液,优选以100重量份液体硅橡胶材料为基准,使用0.2-5.5重量份具有表面活化功能的硅油材料,和10-250重量份水。在所述具有表面活化功能的硅油材料由如上所述第一醚改性硅油和第二醚改性硅油的组合物组成的情况下,优选以100重量份液体硅橡胶材料为基准,使用0.15-3.5重量份第一醚改性硅油和0.05-2重量份第二醚改性硅油(总计0.2-5.5重量份)。在所述液体硅橡胶材料由具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷和含活性氢的聚硅氧烷的组合物组成的情况下,优选前者和后者的重量比为6∶4-4∶6。
本发明所述油包水型乳状液可以依照由此所获的多孔材料的用途含有各类添加剂。添加剂的例子是着色剂(例如颜料和染料)、电导赋予剂(electronical conductivity-imparting agent)(例如碳黑和金属粉末)以及填充剂(例如二氧化硅)。此外,本发明所述油包水型乳状液可以含有低分子量的非活性硅油以调整该乳状液的粘度从而使得,例如,该乳状液的消泡易于完成。当本发明所述油包水型乳状液具有1cST-200,000cSt的粘度时,其可以轻易消泡因而可以方便地操作。
本发明所述油包水型乳状液可以通过不同方法制备。通常,可以通过将液体硅材料、具有表面活化功能的硅油材料和水混和在一起,如必要加入添加剂,并充分混和该混合物而制备。当该液体硅橡胶材料是由具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷和含活性氢的聚硅氧烷的组合物提供时,具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷和具有表面活化功能的硅油材料的一部分可以混和在一起并搅拌以获得第一种混合物,而含活性氢的聚硅氧烷和具有表面活化功能的硅油材料的其余部分可以混和在一起并搅拌以获得第二种混合物。随后,在混和并搅拌第一种混合物和第二种混合物时,水可以逐渐加入其中,且可以搅拌该混合物以制备预期的乳状液。当然,制备本发明所述油包水型乳状液的方法并不限于以上所述。液体硅橡胶材料、具有表面活化功能的硅油材料、水和依需要加入的添加剂的加入顺序可以是任意的。为形成该乳状液而进行的搅拌可以使用搅拌器完成,其搅拌速度为,例如,300rpm-1000rpm。乳状液形成后,该乳状液可以进行不加热的消泡过程,其中使用,例如真空减压器,以除去该乳状液中存在的空气。
为了使用本发明所述油包水型乳状液制造硅氧烷弹性体多孔材料,将本发明所述油包水型乳状液经受固化催化剂存在下液体硅橡胶材料的加热固化(初步加热)条件。在初步加热中,优选使用130℃或更低的加热温度以热固化该液体硅橡胶材料而不蒸发该乳状液中的水。初步加热的加热温度通常为80℃或更高,且其加热时间通常为约5min-60min。通过这次初步加热,将该液体硅橡胶材料固化,且将水滴如其在该乳状液中存在的那样封闭在该乳状液中。固化硅橡胶的固化程度使得其可以耐受水通过二次加热(将在下文中说明)蒸发时所产生的膨胀力。
随后,为了从封闭了水滴的固化硅橡胶中除去水,实施二次加热。二次加热优选在70℃-300℃的温度下实施。如果加热温度低于70℃,将导致除水时间过长,而如果温度超过300℃,固化硅橡胶将降解。加热温度在70℃-300℃之间时,水通过蒸发作用在1-24小时内除去。通过二次加热,可以通过蒸发除去水份,还可以实现该硅橡胶材料的最终固化。蒸发除去的水在该固化硅橡胶材料(硅氧烷弹性体)中形成孔腔,该孔腔直径基本上与水滴相同。
这样,本发明所述油包水型乳状液可以在不伴有发泡现象下制造硅氧烷弹性体。该乳状液中的水滴通过初步加热封闭在固化硅橡胶中,然后通过二次加热简单地蒸发。以这种方式,能够获得孔腔基本闭合的硅氧烷弹性体多孔材料。所获多孔材料孔腔(气泡)非常细小且孔腔尺寸分布狭窄,因此孔腔高度均匀。由本发明所述油包水型乳状液制造的硅氧烷弹性体多孔材料可以应用于不同领域。例如,该多孔材料可以用作图像成形设备(例如影印机和激光打印机)的部件(包括显影辊、给墨辊、递纸辊和磁鼓清洁辊),用作影印机、各类打印机和绘图仪的给纸辊,以及用作定影设备的加压辊。
本发明在下文中通过其实施例进行了进一步的说明,但是本发明并不限于这些实施例。
首先,为获得液体硅橡胶材料、具有表面活化功能的硅油材料(水的分散稳定剂)和水之间的最佳比例以制备具有优良水分散能力的油包水型乳状液,进行以下实验1-5。此外,为获得分散稳定剂的最佳HLB值,进行以下实验6-9。
由于本发明中使用的液体硅橡胶材料发生固化,为便于处理,在实验1-9中使用二甲基硅油(KF-96,由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd提供(粘度:100cSt)),其为化学结构与可固化液体硅橡胶材料相似的非活性(不可固化)直链硅油,替代可固化液体硅橡胶材料。
在实验1-5中,两种类型的聚醚改性硅油(KF-618,由Shin-EtsuChemical Co.,Ltd提供(HLB值:11);实验1-5中的“分散稳定剂I”)和(KF-6015,由同一公司提供(HLB值:4);实验1-5中的“分散稳定剂II”)被用作分散稳定剂。
另一方面,在实验6-9中,前述的KF6015(HLB值:4;实验6-9中的“分散稳定剂A”),KF-352(HLB:值7;实验6-9中的“分散稳定剂B”),KF-353(HLB值:10;实验6-9中的“分散稳定剂C”),前述的KF-618(HLB值:11;实验6-9中的“分散稳定剂D”),以及KF-354L(HLB值:16;实验6-9中的“分散稳定剂E”),其为由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd提供的聚醚改性硅油,用作分散稳定剂。
依照产品目录,所有这些聚醚改性硅油具有可由上述结构式(3)表示的结构,其中各R5是甲基,R6含有(C2H4O)x(C3H6O)y基团作为聚醚基。
实验方案
水、二甲基硅油和两种分散稳定剂依此顺序轻轻地倒入预定容器,并静置预定时间。水、二甲基硅油和分散稳定剂分成三层,测量水层的厚度t1。随后,使用手动搅拌器搅拌容器内的内容物以形成乳状液。乳状液形成后,静置该乳状液,其间每隔预定时间间隔测量从该乳状液中分离出的水层厚度t2。水的分离率(水分离率)(%)由公式:(t2/t1)×100计算。作为评价,若20min.后的水分离率满足为50%或更低的评判标准时标记为○,若不满足该标准时标记为×。考虑到该乳状液由形成后到将其倒入模具为止保持稳定需要的时间,优选该乳状液由形成后到20min的时间间隔为止的水分离率为50%或更低。这样的稳定乳状液能够稳定地制造较高质量的硅氧烷弹性体多孔材料。
应当注意在列出实验1-9结果的图1-9中,加在各曲线上的数字代表各实验中的配方号。例如,配方1的结果由曲线1表示。此外,各配方中组分基于重量份。
实验1
如下表1所示,制备不同乳状液(配方1-4),其中改变分散稳定剂I和分散稳定剂II的比例而其总量固定为常数,且二甲基硅油和水的比例和总量固定为常数。对各乳状液,在不同时间间隔下测量其水分离率。也可测量未加入任何分散稳定剂制备的乳状液(配方0)的水分离率。其结果如下表2和图1所示,评价结果在表1中列出。应当注意在配方5中,部分油凝胶化。表2中,符号“*”表示分离水层的边界不清晰(下表4、6、8、10、13、15和17中与此相同。)
由表1和图1中所示结果,可知在使用比例为50∶50的二甲基硅油和水的情况中,如果分散稳定剂I和分散稳定剂II的比例为5∶5-7∶3,可以获得具有预期的水分散稳定性的乳状液。
表1:配方0-5的组成和评价结果
配方0 | 配方1 | 配方2 | 配方3 | 配方4 | 配方5 | |
二甲基硅油 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
水 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
分散稳定剂I | 0 | 1 | 0.7 | 0.5 | 0.3 | 0 |
分散稳定剂II | 0 | 0 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 1 |
评价 | × | × | ○ | ○ | × | × |
表2:配方0-4的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方0 | 0.0 | 59.6 | 67.7 | 78.5 | 87.8 | 89.4 | 94.8 | 94.8 | 94.8 | 94.8 |
配方1 | 0.0 | 5.5 | 9.8 | 16.4 | 24.6 | 38.3 | 41.0 | 43.8 | 49.2 | 54.7 |
配方2 | 0.0 | * | * | * | 5.5 | 8.2 | 10.9 | 16.4 | 16.4 | 16.4 |
配方3 | 0.0 | * | * | * | * | 8.2 | 16.4 | 21.9 | 21.9 | 21.9 |
配方4 | 0.0 | 10.9 | 32.8 | 54.7 | 76.6 | 82.1 | 84.8 | 84.8 | 84.8 | 87.5 |
实验2
如下表3所示,制备不同的乳状液(配方6-14),其中分散稳定剂I和稳定剂II的比例固定为常数而改变其总量,且二甲基硅油和水的比例和总量固定为常数。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表4所示。配方6-9的结果还可见图2所示,且配方10-14的结果还可见图3所示。各乳状液的评价也在表3中列出。
由表3和图2-3所示结果,可知配方7-10可制得具有预期水分散稳定性的乳状液。
表3:配方6-14的组成和评价结果
混合物6 | 混合物7 | 混合物8 | 混合物9 | 混合物10 | 混合物11 | 混合物12 | 混合物13 | 混合物14 | |
二甲基硅油 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
水 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
分散稳定剂I | 0.175 | 0.35 | 0.525 | 0.7 | 1.4 | 3.5 | 7 | 14 | 21 |
分散稳定剂II | 0.075 | 0.15 | 0.225 | 0.3 | 0.6 | 1.5 | 3 | 6 | 9 |
分散稳定剂的总量 | 0.25 | 0.5 | 0.75 | 1 | 2.0 | 5 | 10 | 20 | 30 |
评价 | × | ○ | ○ | ○ | ○ | × | × | × | × |
表4:配方6-14的水分离率
水分离率(%) | ||||||||
0.5min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方6 | 0.0 | 10.9 | 16.4 | 21.9 | 27.4 | 32.8 | 32.8 | 43.8 |
配方7 | 0.0 | 13.7 | 13.7 | 19.1 | 24.6 | 27.4 | 28.4 | 32.8 |
配方8 | 0.0 | 8.2 | 10.9 | 13.7 | 16.4 | 21.9 | 24.6 | 27.4 |
配方9 | 0.0 | * | 5.5 | 8.2 | 10.9 | 16.4 | 16.4 | 16.4 |
配方10 | 0.0 | * | 8.2 | 10.7 | 13.7 | 16.4 | 19.1 | 19.1 |
配方11 | 0.0 | * | * | * | 10.9 | 16.4 | 30.1 | 43.8 |
配方12 | 0.0 | * | * | * | 8.2 | 16.4 | 35.6 | 54.7 |
配方13 | 0.0 | * | * | * | 8.2 | 13.7 | 27.4 | 54.7 |
配方14 | 0.0 | * | * | * | * | * | 43.8 | 62.9 |
实验3
如下表5所示,制备不同的乳状液(配方15-19),其中改变二甲基硅油和水的比例而其总量固定为常数,且分散稳定剂I和稳定剂II的比例和总量固定为常数。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表6和图4所示。各乳状液的评价也在表5中列出。
由表6和图4所示结果,可知当水的比例升高时,水的分散性能降低。还可知配方17-19可制得具有预期水分散稳定性的乳状液。
表5:配方15-19的组成和评价结果
配方15 | 配方16 | 配方17 | 配方18 | 配方19 | |
二甲基硅油 | 10 | 30 | 50 | 70 | 90 |
水 | 90 | 70 | 50 | 30 | 10 |
分散稳定剂I | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
分散稳定剂II | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
评价 | × | × | ○ | ○ | ○ |
表6:配方15-19的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方15 | 0.0 | * | * | * | 109.2 | 99.5 | 98.5 | 97.0 | 96.4 | 96.4 |
配方16 | 0.0 | * | * | * | * | * | 84.8 | 84.8 | 84.8 | 84.8 |
配方17 | 0.0 | * | * | * | 5.5 | 8.2 | 10.9 | 16.4 | 16.4 | 16.4 |
配方18 | 0.0 | * | * | * | * | * | 3.9 | 5.8 | 5.8 | 7.7 |
配方19 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
实验4
如下表7所示,配置制剂(配方22),其中水和二甲基硅油的比例为50∶50且分散稳定剂I和分散稳定剂II的比例为0.7∶0.3,以此作为标准样。基于该标准样,改变水和二甲基硅烷的比例,此外分别依照水量的增或减而增大或减少分散稳定剂I的用量,依照二甲基硅油量的增或减而增大或减少分散稳定剂II的用量,以制备不同的乳状液。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表8和图5所示。各乳状液的评价也在表7中列出。
由表8和图5的结果,可知配方21-24可制得具有预期水分散稳定性的乳状液。
表7:配方20-24的组成和评价结果
配方20 | 配方21 | 配方22 | 配方23 | 配方24 | |
二甲基硅油 | 10 | 30 | 50 | 70 | 90 |
水 | 90 | 70 | 50 | 30 | 10 |
分散稳定剂I | 1.26 | 0.98 | 0.7 | 0.42 | 0.14 |
分散稳定剂II | 0.06 | 0.18 | 0.3 | 0.42 | 0.54 |
评价 | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
表8:配方20-24的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方20 | 0.0 | 94.5 | 87.3 | 87.3 | 87.3 | 87.3 | 87.3 | 87.3 | 87.3 | 87.3 |
配方21 | 0.0 | * | * | * | 7.7 | 7.7 | 7.7 | 9.7 | 16.3 | 17.0 |
配方22 | 0.0 | * | * | * | 5.5 | 8.2 | 10.9 | 16.4 | 16.4 | 16.4 |
配方23 | 0.0 | * | * | * | 9.0 | 10.8 | 18.1 | 22.6 | 36.1 | |
配方24 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
实验5
如下表9所示,制备不同的乳状液(配方25-29),其中改变二甲基硅油和水的比例而其总量固定为常数,且依照水量的增或减改变分散稳定剂I的用量并保持分散稳定剂I和稳定剂II的比例固定为常数。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表10和图6所示。各乳状液的评价也在表9中列出。
由表10和图6所示的结果,可知当水的比例升高时,水的分散性能降低。还可知配方26-29可制得具有预期水分散稳定性的乳状液。
表9:配方25-29的组成和评价结果
配方25 | 配方26 | 配方27 | 配方28 | 配方29 | |
二甲基硅油 | 10 | 30 | 50 | 70 | 90 |
水 | 90 | 70 | 50 | 30 | 10 |
分散稳定剂I | 1.26 | 0.98 | 0.7 | 0.42 | 0.14 |
分散稳定剂II | 0.54 | 0.42 | 0.3 | 0.18 | 0.06 |
评价 | × | ○ | ○ | ○ | ○ |
表10:配方25-29的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方25 | 0.0 | * | * | * | * | * | * | * | * | 96.3 |
配方26 | 0.0 | * | * | 5.8 | 5.8 | 7.0 | 7.0 | 7.7 | 8.5 | 9.7 |
配方27 | 0.0 | * | * | * | 5.5 | 8.2 | 10.9 | 16.4 | 16.4 | 16.4 |
配方28 | 0.0 | * | * | * | 0.0 | 0.0 | 13.5 | 20.8 | 27.1 | |
配方29 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
以上所述显示具有预期水分散稳定性的乳状液中水、二甲基硅油、分散稳定剂I和II用量的全部实验结果在下表11中列出。
表11:期望组成
二甲基硅油 | 水 | 分散稳定剂I | 分散稳定剂II | |
实验1 | 50 | 50 | 0.5-0.7 | 0.3-0.5 |
实验2 | 50 | 50 | 0.35-1.4 | 0.15-0.6 |
实验3 | 10-50 | 50-90 | 0.7 | 0.3 |
实验4 | 10-70 | 30-90 | 0.14-0.98 | 0.18-0.54 |
实验5 | 10-70 | 30-90 | 0.14-0.98 | 0.06-0.42 |
因此可以看出,含有100重量份液体硅橡胶材料、0.15-3.5重量份第一醚改性硅油,0.05-2重量份第二醚改性硅油(分散稳定剂的总量:0.2-55重量份)和10-250重量份水的油包水型乳状液表现出优良的水分散稳定性。已经确认从上述实验结果中获得的组分最佳用量在实际中实际使用可固化液体硅橡胶材料(例如,具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷和含活性氢的聚硅氧烷的组合物)的情况下同样适用。
实验6
如下表12所示,制备不同的乳状液,其中分散稳定剂A-E单独加入且二甲基硅油和水的比例和总量固定为常数。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表13和图7所示。各乳状液的评价也在表12中列出。应当注意使用对于30,部分油和配方5的情况一样凝胶化了。
表12:配方30-34的组成和评价结果
HLB值 | 配方30 | 配方31 | 配方32 | 配方33 | 配方34 | |
二甲基硅油 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
水 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
分散稳定剂A | 4 | 1 | ||||
分散稳定剂B | 7 | 1 | ||||
分散稳定剂C | 10 | 1 | ||||
分散稳定剂D | 11 | 1 | ||||
分散稳定剂E | 16 | 1 | ||||
评价 | × | × | × | × | × |
表13:配方31-34的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方31 | 0.0 | * | 16.3 | 24.4 | 37.9 | 51.5 | 58.2 | 60.9 | 62.3 | 66.6 |
配方32 | 0.0 | * | 7.0 | 11.9 | 20.3 | 22.8 | 37.9 | 46.0 | 51.5 | 56.9 |
配方33 | 0.0 | 5.5 | 9.8 | 16.4 | 24.6 | 38.3 | 41.0 | 43.8 | 49.2 | 54.7 |
配方34 | 0.0 | 10.8 | 21.7 | 27.1 | 41.7 | 51.5 | 53.1 | 54.2 | 56.9 | 59.6 |
由表13和图7中所示的结果清楚地可知,对于配方30-34中任何一个,不可能得到满足20min.后水分离率为50%或更低的预期标准的乳状液。
实验7
如下表14所示,制备不同的乳状液(配方35-38),其中二甲基硅油和水的比例和总量固定为常数且分散稳定剂A的用量固定为常数,此外还加入分散稳定剂B-E。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表15和图8所示。各乳状液的评价也在表14中列出。
表14:配方35-38的组成和评价结果
HLB值 | 配方35 | 配方36 | 配方37 | 配方38 | |
二甲基硅油 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
水 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
分散稳定剂A | 4 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
分散稳定剂B | 7 | 0.5 | |||
分散稳定剂C | 10 | 0.5 | |||
分散稳定剂D | 11 | 0.5 | |||
分散稳定剂E | 16 | 0.5 | |||
评价 | ○ | ○ | ○ | × |
表15:配方35-38的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方35 | 0.0 | * | * | * | 5.4 | 10.8 | 11.9 | 15.2 | 16.3 | 21.7 |
配方36 | 0.0 | * | * | * | 5.4 | 5.4 | 6.0 | 7.6 | 8.1 | 9.8 |
配方37 | 0.0 | * | * | * | * | 8.2 | 16.4 | 21.9 | 21.9 | 21.9 |
配方38 | 0.0 | 10.8 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 | 97.5 |
由表15和图8所示的结果可知,配方35-37可制得具有预期水分散稳定性的乳状液。
实验8
如下表16所示,制备不同的乳状液(配方39-41),其中二甲基硅油和水的比例和总量固定为常数且分散稳定剂B的用量固定为常数,此外还加入分散稳定剂C-E。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表17和图9所示。各乳状液的评价也在表16中列出。
表16:配方39-41的组成和评价结果
HLB值 | 配方39 | 配方40 | 配方41 | |
二甲基硅油 | 50 | 50 | 50 | |
水 | 50 | 50 | 50 | |
分散稳定剂A | 4 | |||
分散稳定剂B | 7 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
分散稳定剂C | 10 | 0.5 | ||
分散稳定剂D | 11 | 0.5 | ||
分散稳定剂E | 16 | 0.5 | ||
评价 | × | ○ | × |
表17:配方39-41的水分离率
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方39 | 0.0 | * | 8.1 | 10.3 | 16.3 | 25.5 | 32.5 | 37.9 | 46.0 | 54.2 |
配方40 | 0.0 | 8.1 | 10.8 | 13.5 | 19.0 | 24.4 | 37.9 | 42.3 | 48.8 | 49.8 |
配方41 | 0.0 | 10.8 | 21.7 | 29.8 | 43.3 | 54.2 | 62.3 | 62.3 | 65.0 | 65.0 |
如表17和图9所示的结果可知,配方40可制得具有预期的水分散稳定性的乳状液。
实验9
如下表18所示,制备不同的乳状液(配方42-43),其中二甲基硅油和水的比例和总量固定为常数且分散稳定剂C的用量固定为常数,此外加入分散稳定剂D-E。对各乳状液,测量其水分离率。其结果如下表19和图10所示。各乳状液的评价也在表18中列出。
表18:配方42-43的组成和评价结果
HLB值 | 配方42 | 配方43 | |
二甲基硅油 | 50 | 50 | |
水 | 50 | 50 | |
分散稳定剂A | 4 | ||
分散稳定剂B | 7 | ||
分散稳定剂C | 10 | 0.5 | 0.5 |
分散稳定剂D | 11 | 0.5 | |
分散稳定剂E | 16 | 0.5 | |
评价 | × | × |
表19:配方42-43的水分散比例
水分离率(%) | ||||||||||
0.5min.后 | 1min.后 | 2min.后 | 3min.后 | 5min.后 | 7min.后 | 10min.后 | 12min.后 | 15min.后 | 20min.后 | |
配方42 | 0.0 | 9.8 | 21.7 | 32.5 | 51.5 | 59.6 | 66.1 | 70.4 | 73.1 | 75.8 |
配方43 | 0.0 | 10.8 | 21.7 | 29.8 | 43.3 | 54.2 | 62.3 | 62.3 | 65.0 | 65.0 |
由表19和图10中所示结果可知,配方42-43可制得具有预期水分散稳定性的乳状液。
由以上获得的结果,可知为制得具有预期水分散稳定性的乳状液,使用的分散稳定剂的理想组成为:HLB值为7-11的醚改性硅油(特别是来自表15和图8)和另一种的HLB值为4-7的醚改性硅油(特别是来自表17和图9)的组合。还可知两种醚改性硅油之间的HLB值的差值至少为3(=7-4)。
实施例1
在本实施例中,使用由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd提供的液体硅橡胶(商品名:KE-1353)作为液体硅橡胶材料。该液体硅橡胶以含活性氢的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的独立包装形式提供,其中在含乙烯基的聚硅氧烷中加入催化量的铂催化剂。在下文中,将前者称为“硅橡胶前体A”,且将后者称为“硅橡胶前体B”。所述含活性氢的聚硅氧烷具有可由上述结构式(2)表示的结构,其中各R4是甲基;而所述含乙烯基的聚硅氧烷具有可由上述结构式(1)表示的结构,其中各R1是乙烯基且各R2是甲基。使用上述实验1-5中使用的分散稳定剂I和II作为分散稳定剂。
将0.7重量份的分散稳定剂I和0.3重量份的分散稳定剂II预先混和而成的混合物加入到50重量份的硅橡胶前体A中,所得的混合物使用手动搅拌器搅拌5min以使其完全分散,由此制备混合物A。另一方面,将0.7重量份的分散稳定剂I和0.3重量份的分散稳定剂II预先混和而成的混合物加入到50重量份的硅橡胶前体B中,所得的混合物使用手动搅拌器搅拌5min使其完全分散,由此制备混和物B。
将由此获得的混合物A和B混合在一起。然后,使用手动搅拌器搅拌所得的混合物3min,向其中加入10重量份水并继续搅拌2min。使用手动搅拌器搅拌所得的混合物,同时逐渐向其中加入90重量份水,由此制备乳状液。
由此所获的乳状液在真空减压器中消泡以除去该乳状液中夹带的空气。然后,将其倾入深6mm的压铸模中,并使用冲压盘(stampingdisk)在100℃下加热30min(初步加热)以模塑该乳状液。由此所获的模塑体(多孔材料前体)150℃下在电炉中加热5小时(二次加热)以除水。因此,硅氧烷弹性体多孔材料测试件具有长42mm、宽20mm和厚6mm的长方体部分。该测试件在其宽度方向切割,并在SEM下观测其剖面。观测面积为56517.301μm2。在SEM下的观测检测到52个孔腔(气泡)。最大孔腔直径为44.14μm,最小孔腔直径为19.94μm,平均孔腔直径为19.94μm,且标准偏差为9.35。在SEM(放大率为200倍)下拍摄的测试件剖面照片如图11所示。如所示的,该油包水型乳状液能够制得孔腔闭合的多孔材料,该多孔材料的孔腔直径均匀且非常细小。
实施例2
在本实施例中,使用由Dow Corning Torey Silicone Ltd.提供的液体硅橡胶材料(商品名:DY35-7002)作为液体硅橡胶材料。该液体硅橡胶材料以含活性氢的聚硅氧烷和含乙烯基的聚硅氧烷的独立包装形式提供,其中在含乙烯基的聚硅氧烷中加入催化量的铂催化剂。在下文中,将前者称为硅橡胶前体A,且将后者称为硅橡胶前体B。含活性氢的聚硅氧烷具有可由上述结构式(2)表示的结构,其中各R4是甲基;而含乙烯基的聚硅氧烷具有可由上述结构式(1)表示的结构,其中各R1是乙烯基且各R2是甲基。使用在上述实验1-5中使用的分散稳定剂I和II作为分散稳定剂。
将0.7重量份的分散稳定剂I和0.3重量份的分散稳定剂II预先混和而成的混合物加入到50重量份的硅橡胶前体A中,所得的混合物使用手动搅拌器搅拌5min以使其完全分散,由此制备混合物A。另一方面,将0.7重量份的分散稳定剂I和0.3重量份的分散稳定剂II预先混和而成的混合物加入到50重量份的硅橡胶前体B中,所得的混合物使用手动搅拌器搅拌5min使其完全分散,由此制备混和物B。
将由此获得的混合物A和B混合在一起。然后,使用手动搅拌器搅拌所得的混合物3min,向其中加入10重量份水并继续搅拌2min。使用手动搅拌器搅拌所得的混合物,同时逐渐向其中加入90重量份水,由此制备乳状液。
从由此所获的乳状液中,得到如实施例1中的硅氧烷弹性体多孔材料测试件。
该测试件在其宽度方向切割并在SEM下观测其剖面。观测面积为55656.641μm2。在SEM下的观测检测到686个孔腔(气泡)。最大空腔直径为22.215μm,最小孔腔直径为3.405μm,平均空腔直径为4.657μm且其标准偏差为1.306。在SEM(放大率为200倍)下拍摄的测试件剖面照片如图12所示。如所示的,该油包水型乳状液能够制得孔腔闭合的多孔材料,该多孔材料的孔腔直径均匀且非常细小。
比较实施例1
在本比较实施例中,不使用分散稳定剂。因此,将50重量份实施例1所述的硅橡胶前体A加入50重量份实施例1所述的硅橡胶前体B中,该混合物使用手动搅拌器搅拌5分钟。向所得的混合物中加入10重量份水并继续搅拌2min。然后,另外加入90重量份水以期形成乳状液;然而,水从硅橡胶中分离出来,并没有形成乳状液。使用该混合物,无法进行模塑。
然后,另外加入的水量减少到40重量份,试图形成乳状液,但是和上面一样无法制得乳状液。可是可以在与实施例1中同样的条件下制得测试件。在SEM(放大率200倍)下拍摄的测试件剖面照片如图13所示。
由此处所获结果可知,推断出在不使用分散稳定剂的情况下无法制备乳状液。此外,所获模塑体中的孔腔直径巨大,且不同孔腔的直径变化非常大。
本领域普通技术人员可以容易地得出另外的有利条件和修改。因此,本发明在其拓展方面不受本文所列出和描述的具体细节和实施方式限制。因此,在不背离所附的权利要求及其等同范围所定义的同一发明概念的精神和范围下可以做出各种修改。
Claims (11)
1.一种用于形成硅氧烷弹性体多孔材料的油包水型乳状液组合物,该油包水型乳状液组合物包括经固化形成硅氧烷弹性体的液体硅橡胶材料、具有表面活化功能的硅油材料和水。
2.如权利要求1所述的乳状液组合物,其特征在于所述的液体硅橡胶材料是加成反应固化型硅橡胶材料。
3.如权利要求2所述的乳状液组合物,其特征在于所述的液体硅橡胶材料包括具有不饱和脂肪族基团的聚硅氧烷和含活性氢的聚硅氧烷。
4.如权利要求3所述的乳状液组合物,其特征在于所述的不饱和脂肪族基团是乙烯基。
5.如权利要求1所述的乳状液组合物,其特征在于所述的硅油材料具有亲水基团。
6.如权利要求5所述的乳状液组合物,其特征在于所述的硅油材料包括第一醚改性硅油和第二醚改性硅油的混合物,并且该第一醚改性硅油和第二醚改性硅油的HLB值的差值至少为3。
7.如权利要求6所述的乳状液组合物,其特征在于所述的第一醚改性硅油的HLB值是7-11,且所述的第二醚改性硅油的HLB值是4-7。
8.如权利要求1所述的乳状液组合物,其特征在于其包括100重量份液体硅橡胶材料,0.2-5.5重量份硅油材料,和10-250重量份水。
9.如权利要求6所述的乳状液组合物,其特征在于其包括100重量份液体硅橡胶材料,0.15-3.5重量份第一醚改性硅油,0.05-2重量份第二醚改性硅油,和10-250重量份的水。
10.如权利要求7所述的乳状液组合物,其特征在于其包括100重量份液体硅橡胶材料,0.15-3.5重量份第一醚改性硅油,0.05-2重量份第二醚改性硅油,和10-250重量份的水组成。
11.如权利要求1所述的乳状液组合物,其特征在于所述的水以平均直径为1-50μm的液滴形式存在。
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