DE69209932T2

DE69209932T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Silikonelastomerschaums

Info

Publication number: DE69209932T2
Application number: DE69209932T
Authority: DE
Inventors: Hideo Shinmi; Manabu Suto
Original assignee: Dow Corning Toray Silicone Co Ltd
Current assignee: DuPont Toray Specialty Materials KK
Priority date: 1991-07-30
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: CA2074774C; JP3197582B2; EP0528223B1; EP0528223A1; CA2074774A1; JPH0531814A; DE69209932D1; US5175171A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliconelastomerschaum.
Die Eigenschaften von Siliconelastomerschäumen, zum Beispiel Wärmebeständigkeit, Hydrophobizität, Kältebeständigkeit, Alterungsbeständigkeit und elektrische Isolierungseigenschaften, sind viel besser bekannt als die von Schäumen, die aus anderen Arten von Polymeren, wie Polyolefinen und Polyurethanen, hergestellt werden. Ein Verfahren zur Herstellung von Siliconelastomerschäumen betrifft das Vermischen von zwei flüssigen Organopolysiloxanen, die funktionelle Gruppen enthalten, die miteinander reagieren, um ein gehärtetes Elastomer und Wasserstoffgas zu erzeugen. Ein Schaum wird erzeugt durch den während der Härtungsreaktion freigesetzten Wasserstoff. Da der entwickelte Wasserstoff sehr leicht ist und leicht entweicht, sind die bei diesem Verfahren durch Wasserstoff gebildeten Zellen instabil, und darüber hinaus hat das Wachstum der Zellen eine starke Tendenz, irregulär zu werden. Dies schließt die Herstellung eines Schaums mit hohem Expansionsverhältnis mit einer gleichmäßigen Zellstruktur aus.
EP-A 0 183 058 offenbart schäumbare Polyorganosiloxanzusammen- Setzungen. Diese Zusammensetzungen werden erhalten, indem in Abwesenheit von atmosphärischer Feuchtigkeit eine bei Raumtemperatur vulkanisierbare elastomere Zusammensetzung, ein Schaumstabilisator und ein Treibmittel vermischt werden. Die Zusammensetzung ist während der Lagerung unter im wesentlichen wasserfreien Bedingungen und bei superatmosphärischem Druck stabil.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Siliconelastomerschäumen bereitzustellen, das kein irreguläres Wachstum und keine instabile Zellbildung aufweist, die mit der Verwendung von Wasserstoff als Treibmittel verbunden sind, und dadurch einen Siliconelastomerschaum mit einem hohen Expansionsverhältnis und mit einer gleichmäßigen Zellstruktur liefert. Eine zweite Aufgabe ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen zur Herstellung dieses Siliconelastomerschaums in sehr effizienter Weise.
Die Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Siliconelastomerschaums, indem (1) eine Reaktionsmischung gebildet wird, die (A) ein Organopolysiloxan mit Silanolgruppen, das bei Raumtemperatur flüssig ist, (B) ein Organohydrogenpolysiloxan, das bei Raumtemperatur flüssig ist, und (C) eine Menge eines Katalysators für die Hydrosilylierungsreaktion, die ausreicht, um das gleichzeitige Härten der Reaktionsmischung und die Wasserstoffgasentwicklung zu fördern, umfaßt, wobei die Reaktionsmischung in einer geschlossenen Vorrichtung hergestellt wird und (2) die Reaktionsmischung bei atmosphärischem Druck schäumen und härten gelassen wird. Die Merkmale, die das vorliegende Verfahren kennzeichnen, sind das Einleiten eines Inertgases unter superatmosphärischem Druck in die Mischung während oder nach dem Verschmelzen der Inhaltsstoffe A, B und C und eine anschließendes Vermischen und das Ausstoßen der entstehenden Reaktionsmischung in die Atmosphäre.
Die Vorrichtung zur Herstellung der vorliegenden Schäume umfaßt Lagerbehälter für das silanolhaltige Organopolysiloxan (Inhaltsstoff A), das Organohydrogenpolysiloxan (Inhaltsstoff B) und den Katalysator der Hydrosilylierungsreaktion (Inhaltsstoff C); eine Verschmelzungskammer für die Inhaltsstoffe A, B und C; eine Mischkammer für diese Inhaltsstoffe, die stromabwärts zu der Verschmelzungskammer angeordnet ist, und eine Entladungsöffnung, die die Mischung der Inhaltsstoffe A, B und C aus der Vorrichtung in die Atmosphäre austrägt. Die kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Vorrichtung sind (1) die Anwesenheit einer Einspritzöffnung für ein Inertgas, die in der Verschmelzungskammer angeordnet ist, und (2) die Verwendung von vollständig geschlossenen oder abgeschlossenen Verschmelzungs- und Mischkammern.
Das Einspritzen eines Inertgases während oder nach dem Verschmelzen der Inhaltsstoffe A, B und C nach dem mechanischen Vermischen dieser Inhaltsstoffe führt zu einer homogenen Zusammensetzung. Außerdem werden sowohl die Vervollständigung des Härtens als auch die Wasserstoffentwicklung in Gegenwart eines homogen mikroverteilten Inertgases durchgeführt. Diese Bedingungen führen zu einer Stabilisierung der durch den bei der Härtungsreaktion zwischen den Inhaltsstoffen A und B entwickelten Wasserstoff gebildeten Zellen, einer Gleichmäßigkeit der Zellgröße und Zellverteilung und der Erzeugung eines Schaums mit einem hohen Expansionsverhältnis, der eine große Anzahl von Zellen enthält.
Da eine Inertgaseinspritzöffnung in der Verschmelzungskammer für die Komponenten A, B und C angeordnet ist und die Inhaltsstoffe A, B, C und das Inertgas schnell vermischt und bis zur Homogenität dispergiert werden, wird der Siliconelastomerschaum in höchst effizienter Weise hergestellt.
Während die Verschmelzungskammer der vorliegenden Vorrichtung kein positives oder aktives Vermischen von A, B und C erzeugen soll, sollte die Verschmelzungskammer die Mischstufe der vorliegenden Erfindung nicht hemmen. Es ist die Mischkammer der Vorrichtung, die ein positives oder aktives Vermischen durch eine mechanische Einrichtung liefert.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer zur Herstellung von erfindungsgemäßen Schäumen geeigneten Vorrichtung.
Inhaltsstoff A der vorliegenden schäumbaren Zusammensetzung ist ein silanolhaltiges Organopolysiloxan, und Beispiele hierfür sind Dimethylpolysiloxane mit Silanolendgruppen und Dimethylsiloxan- Methylphenylsiloxan-Copolymere mit Silanolendgruppen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Inhaltsstoff B ist ein Organohydrogenpolysiloxan, das als Vernetzer für Inhaltsstoff A dient. Das Härten unter gleichzeitiger Entwicklung von gasförmigem Wasserstoff wird erreicht durch die Reaktion der Silanolgruppen in Inhaltsstoff A mit den siliciumgebundenen Wasserstoffatomen in Inhaltsstoff B. Diese Reaktion wird durch den Hydrosilylierungskatalysator, Inhaltsstoff C, gefördert.
Beispiele für Inhaltsstoff B schließen Methylhydrogenpolysiloxane mit Trimethylsiloxy-Endgruppen, Dimethylsiloxan-Methylhydrogensiloxan-Copolymere mit Trimethylsiloxy-Endgruppen, Dimethylsiloxan- Methylhydrogensiloxan-copolymere mit Dimethylhydrogensiloxy-Endgruppen, cyclische Dimethylsiloxan-Methylhydrogensiloxan-Copolymere und Copolymere, die aus (CH&sub3;)&sub3;SiO1/12-, (CH&sub3;)&sub2;HSiO1/12- und SiO4/2- Einheiten zusammengesetzt sind, ein, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Viskosität von Inhaltsstoff B sollte wegen der Vermischbarkeit mit Inhaltsstoff A in einem Bereich von 1 bis 50 000 Centipoise bei 25ºC liegen.
Die Konzentration von Inhaltsstoff B sollte äquivalent sein einem molaren Verhältnis von 1:1 bis 10:1 für siliciumgebundene Wasserstoffatome in Inhaltsstoff B, bezogen auf Silanolgruppen in Inhaltsstoff A.
Der Katalysator für die Hydrosilylierungsreaktion, der als Inhaltsstoff C bezeichnet wird, ist nicht besonders beschränkt, solange er die Kondensationsreaktion zwischen den Inhaltsstoffen A und B beschleunigen kann. Inhaltsstoff C ist beispielsweise ein platinhaltiger Katalysator, zum Beispiel Chlorplatinsäure, Chlorplatinsäure gelöst in einem Alkohol oder Keton, und ein Komplex zwischen Chlorplatinsäure und einem Olefin, einem Alkenylsiloxan oder Diketon; eine organozinnverbindung, wie Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat und Zinndioctoat und eine aminoxyhaltige organosiliciumverbindung, wie Polydimethyl (N,N-diethylaminoxy) siloxan, ohne darauf beschränkt zu sein.
Eine Mischung der Inhaltsstoffe C und A kann in einem üblichen Behälter aufbewahrt werden, aber Inhaltsstoff C muß getrennt von dem organohydrogenpolysiloxan, Inhaltsstoff B, aufbewahrt werden, wegen des Risikos von Wasserstoff entwickelnden Reaktionen.
Das erfindungsgemäß verwendete Inertgas ist beispielsweise Luft, Stickstoff, Helium oder Argon, ohne darauf beschränkt zu sein, wobei Luft bevorzugt ist.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung, worin eine vorher hergestellte Mischung der Inhaltsstoffe A und C in einem einzelnen Behälter (2) aufbewahrt wird, wobei jedoch die vorliegende Erfindung die Aufbewahrung dieser Inhaltsstoffe in getrennten Behältern einschließt. Die Inhaltsstoffe A, E und C werden aus den Behältern 2 und 3 in die Verschmelzungskammer 11 über Transferleitungen 4 und 5 zugeführt. Eine Einspritzöffnung 13 ist in der Verschmelzungskammer 11 angeordnet, um ein Inertgas in die Mischung der Inhaltsstoffe A, B und C, die in der Verschmelzungskammer 11 vereinigt werden, einzuspritzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung der Inertgaseinspritzöffnung 13 so nahe wie möglich am Eingang der Verschmelzungskammer 11, um das Inertgas einzuspritzen, direkt nachdem die Inhaltsstoffe A, B und C, die aus den Transferleitungen 4 bzw. 5 zugeführt wurden, vereinigt wurden.
Das Einspritzen des Inertgases dient dazu, die Mischung zu homogenisieren und den während der Härtung erzeugten Wasserstoff zu verteilen, wodurch ein regelmäßiges Zellwachstum gefördert wird. Die Gründe dafür werden von den vorliegenden Erfindern nicht verstanden, sie nehmen jedoch an, daß der durch die Reaktion der Inhaltsstoffe A und B erzeugte leichte, höchst diffundierbare Wasserstoff sich mit dem vorher zugegebenen Inertgas, das in einem homogen verteilten Zustand vorhanden ist, vermischt. Dieses Vermischen der Gase unterdrückt ein schnelles Zellwachstum und führt zur Gegenwart einer großen Anzahl von Zellen mit gleichmäßiger Größe und gleichmäßiger Verteilung in dem gehärteten Schaum.
Nach dem Einspritzen des Inertgases werden die Inhaltsstoffe A, B und C ohne Unterbrechung in die voll umschlossene Mischkammer 16 geleitet, worin die Inhaltsstoffe A, B, C und das Inertgas im maximal möglichen Ausmaß vermischt werden, um eine homogene Mikrodispersion zu liefern.
Die Mischkammer enthält Mischvorrichtungen der statischen oder dynamischen Art, aber diese Vorrichtungen sind ansonsten nicht beschränkt. Die Verwendung der statischen Mischvorrichtung ist bevorzugt, da diese eine homogene mikrofeine Mischung/Dispersion der Inhaltsstoffe A, B, C und des Inertgases liefert.
Die Mischung der Inhaltsstoffe A, B und C, die das fein verteilte Inertgas enthält, wird dann in die Atmosphäre aus dem Austragselement 17 ausgetragen, das eine Düse sein kann, die am Ende der Mischkammer 16 angeordnet ist. Dieses Austragen kann in Form eines diskontinuierlichen Austragens in Masseform oder eines kontinuierlichen Austragens in Strangform erfolgen.
Das ausgetragene Material wird in eine Form oder in Spalten oder Fugen einer Struktur geleitet. Zu dieser Zeit schreitet das Härten bis zur Vollständigkeit voran durch die Reaktion der Inhaltsstoffe A und B gleichzeitig mit der Wasserstofferzeugung, wodurch ein Schaum in praktisch jeder gewünschten Form erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung kann Siliconelastomerschäume mit Expansionsverhältnissen von 2 bis 30 liefern, wobei Expansionsverhältnisse von 5 bis 15 bevorzugt sind.

Beispiel

Das folgende Beispiel beschreibt bevorzugte Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung und sollte nicht als den Schutzbereich der Erfindung beschränkend angesehen werden, der in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist. Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht, und die Viskositätsmessungen wurden bei 25ºC durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf Figur 1 der beigefügten Zeichnung wurde Behälter 2 mit 100 Teilen eines Dimethylpolysiloxans mit Silanolendgruppen, das 0,15 Gewichtsprozent siliciumgebundene Hydroxylgruppen enthielt und eine Viskosität von 2000 Centipoise aufwies, 3 Teilen Ruß und 0,5 Teilen Chlorplatinsäure/Divinylsiloxankomplex, der 5 ppm Platin enthielt, beschickt. Der Lagerbehälter 3 wurde mit 10 Teilen eines Methylhydrogenpolysiloxans mit Trimethylsiloxy-Endgruppen, das 1,5 Gewichtsprozent siliciumgebundenen Wasserstoff enthielt und eine Viskosität von 1000 Centipoise aufwies, beschickt. Diese Inhaltsstoffe wurden stufenweise und kontinuierlich in gleichen Mengen durch die Extrusionspumpe 1 über Transferleitungen 4 und 5 der Verschmelzungskammer 11 zugeführt, wo sie vereinigt wurden. Nach dem Einspritzen von Luft aus der Einspritzöffnung 13, die in der Verschrnelzungskammer 11 angeordnet war, wurde die entstehende Mischung der Mischkammer 16 zugeführt, die aus einem 12stufigen, statischen Mischer zusammengesetzt war, wo sie bis zur Homogenität vermischt wurde.
Die endgültige Mischung wurde in die Atmosphäre durch eine Düse mit einem Spitzendurchmesser von 5 mm (Austragsöffnung 17) ausgetragen und in eine Form 19 geleitet, wo die Härtungsreaktion begann und bis zur Vollständigkeit fortschritt.
Das Produkt war ein schwarzer Siliconelastomerschaum mit kontinuierlichen Zellen und einem Expansionsverhältnis von 10. Die Dichte des Schaums war 0,1 g/cm³. Der Schaum war weich mit einer geringen Härte (ein Wert von 0 auf der JIS A Skala) und zeigte eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Kompression.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Siliconelastomerschaums, indem (1) eine Reaktionsmischung gebildet wird, die (A) ein silanolhaltiges Organopolysiloxan, das bei Raumtemperatur flüssig ist, (B) ein Organohydrogenpolysiloxan, das bei Raumtemperatur flüssig ist, und (C) eine Menge eines Katalysators der Hydrosilylierungsreaktion, die ausreicht, um das gleichzeitige Härten und die Wasserstoffgasentwicklung zu fördern, umfaßt, wobei die Reaktionsmischung in einer geschlossenen Vorrichtung hergestellt wird, und (2) die Mischung unter atmosphärischem Druck schäumen und härten gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas in die Mischung mit überatmosphärischem Druck während oder nach dern Verschmelzen der Inhaltsstoffe A, B und C eingeleitet wird und die entstehende Reaktionsmischung anschließend mechanisch vermischt und in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliconelastomerschaums umfassend (1) Lagerbehälter für (A) ein silanolhaltiges Organopolysiloxan, das bei Raumtemperatur flüssig ist, (B) ein organohydrogenpolysiloxan, das bei Raumtemperatur flüssig ist und (C) einen Katalysator für die Hydrosilylierungsreaktion; (2) eine Verschmelzungskammer zum Vermischen der Inhaltsstoffe A, B und C; (3) eine Mischkammer für diese Inhaltsstoffe, die stromabwärts bezogen auf die Verschmelzungskammer angeordnet ist; und eine Austragsöffnung für die entstehende Mischung; wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch die Gegenwart einer Öffnung für das Einspritzen eines Inertgases bei überatmosphärischem Druck in diese Inhaltsstoffe in der Verschmelzungskammer, wobei die Verschmelzungs- und Mischkammern vollständig geschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Inhaltsstoffe A und C im gleichen Behälter aufbewahrt werden.