WO2022207119A1 - Keramifizierende aluminiumhydroxid enthaltende siliconzusammensetzung - Google Patents

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WO2022207119A1
WO2022207119A1 PCT/EP2021/058741 EP2021058741W WO2022207119A1 WO 2022207119 A1 WO2022207119 A1 WO 2022207119A1 EP 2021058741 W EP2021058741 W EP 2021058741W WO 2022207119 A1 WO2022207119 A1 WO 2022207119A1
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silicone composition
radicals
ath
organopolysiloxane
weight
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PCT/EP2021/058741
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Michael KALCHAUER
Sandra EDMAIER
Petra KABELKA-BAUER
Christina WENZEIS
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Wacker Chemie Ag
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    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium

Definitions

  • the invention relates to a silicone composition containing organopolysiloxane, aluminum hydroxide and a platinum compound, a process for ceramifying the silicone composition and the ceramified silicone composition which can be produced using the process.
  • the battery modules are developed and manufactured by automobile manufacturers themselves or their direct suppliers. Production takes place primarily in fully automated production lines. Material applications that can be dispensed or injected are preferred because they can significantly increase the degree of automation compared to manually inserting components.
  • crosslinking polymer systems only low temperatures ( ⁇ 80°C) are permitted for the crosslinking reaction, as higher temperatures can permanently damage the battery cells. So far, constructive solutions have had to be found with steel and other solid components (mica plates) in order to ensure a fireproof shell for the battery modules. This However, solutions are difficult, expensive and can only be implemented in production with increased manual effort.
  • Silicone formulations for fire-retardant molded parts are described, for example, in CN109762341 A for different applications, such as cable insulation. At least two, but mostly several different filler systems (silica, carbon black, mica, wollastonite, magnesium hydroxide, aluminum trihydrate) are necessary in these formulations in order to ensure the desired electrical insulation even in the event of fire. However, this leads to some undesirable properties.
  • silicone formulations can only be used to produce molded parts with high crosslinking temperatures.
  • the fire-retardant properties of the formulations described are determined using the LOI number and the classification made and described according to UL94. Neither is expedient for use in HV battery modules, since the thermal energy released and the thermal jet stress the fire-retardant materials many times more than is tested in these tests. In principle, these formulations can only ensure electrical insulation in the event of fire and not thermal or mechanical decoupling, for example between continuous battery cells and other nearby components or people.
  • JP5304588B2 describes silicone formulations for the production of thermally conductive silicone rubbers in which only ATH is used as a filler.
  • ATH filler contents of >70% are necessary to achieve the desired thermal conductivity. These high levels of filling significantly limit the processability of the products, as they result in a significant increase in viscosity and the material has no or only very poor flow properties.
  • the invention relates to a silicone composition containing
  • RH OH or a monovalent, unsubstituted or halo- or cyano-substituted C ] _-C ]-Q _ hydrocarbon radical, with the proviso that at most 1 mole % of the radicals R are selected from H_ and OH and x is a number in the range from 1.9 to 2.2, preferably from 1.97 to 2.03, in particular from 1.99 to 2.05,
  • the silicone composition is a compound with good processability, which reacts to form a refractory ceramic that can permanently withstand temperatures in excess of 1500°C and direct flame exposure, comparable to the thermal jets of a continuous HV battery cell.
  • the silicone composition does not require expensive and heavy metal oxides or other mineral fillers that adversely affect the rheology and/or the abrasiveness of the formulation.
  • the filler content allows for a flowable or non-sag formulation that can be injected, cast and grouted.
  • the strength of the ceramic gradually decreases. With a proportion of ⁇ 30%, the strength of the ceramic is no longer sufficient and the ceramic disintegrates.
  • the hydrocarbon radicals R can be linear, cyclic, branched, aromatic, saturated or unsaturated.
  • unsubstituted radicals R are alkyl radicals, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl -, neo-pentyl-, tert- Pentyl radical, hexyl radicals such as the n-hexyl radical, heptyl radicals such as the n-heptyl radical, octyl radicals such as the n-octyl radical and iso-octyl radicals such as the 2,2,4-trimethylpentyl radical, nonyl radicals such as the n-nonyl radical, decyl radicals, such as the n-decyl radical; cycloalkyl radicals, such as cyclopentyl, cyclohexyl, 4-ethylcyclohexy
  • substituted hydrocarbon radicals as radicals R are halogenated hydrocarbons, such as the chloromethyl, 3-chloropropyl, 3-bromopropyl, 3,3,3-trifluoropropyl and 5,5,5,4,4,3,3-hexafluoropentyl radical and the chlorophenyl, dichlorophenyl and trifluorotolyl radical.
  • halogenated hydrocarbons such as the chloromethyl, 3-chloropropyl, 3-bromopropyl, 3,3,3-trifluoropropyl and 5,5,5,4,4,3,3-hexafluoropentyl radical and the chlorophenyl, dichlorophenyl and trifluorotolyl radical.
  • the hydrocarbon radicals R preferably have 1 to 6 carbon atoms, with alkyl radicals and phenyl radicals being particularly preferred.
  • Preferred halogen substituents are fluorine and chlorine.
  • Particularly preferred monovalent hydrocarbon radicals R are methyl, ethyl, phenyl.
  • At least 90 mole percent, more preferably at least 99 mole percent, of the R radicals in the organopolysiloxane A are methyl radicals.
  • At most 0.2 mol% at most 0.05 mol% of the radicals R are selected from H and OH.
  • the structure of the organopolysiloxane A can be linear, cyclic or else branched.
  • the content of tri- and/or tetra-functional leading to branched polyorganosiloxanes Units is typically very low, preferably at most 1 mol%, especially at most 0.1 mol%.
  • the chain length of the longest chain of the organopolysiloxane A is preferably at least 300 to 7000 siloxy units, in particular 500 to 2000 siloxy units.
  • the viscosity of the organopolysiloxane A at 25° C. is preferably from 0.01 to 100 Pa*s, particularly preferably from 0.1 to 50 Pa*s, in particular from 0.5 to 30 Pa*s.
  • the viscosity data for the organopolysiloxanes A and the high-viscosity silicone compositions are determined in accordance with DIN EN ISO 53019 using a rotational viscometer under standard conditions using the flow curve of D: 0.1-101/s.
  • the D1 and D10 values provide reliable information on the processability of the compound.
  • the silicone composition preferably contains 40 to 150 parts by weight, particularly preferably 50 to 140 parts by weight, in particular 60 to 120 parts by weight, of organopolysiloxane A per 100 parts by weight of aluminum hydroxide (ATH).
  • ATH aluminum hydroxide
  • Aluminum hydroxide has the empirical formula Al(OH)3.
  • the silicone composition preferably contains 40 to 60% by weight of aluminum hydroxide (ATH).
  • the platinum compound is preferably soluble in polyorganosiloxanes.
  • soluble platinum compounds which can be used are the platinum-olefin complexes of the formulas (PtClg ⁇ Olefin)g and
  • H PtCl ⁇ olefin
  • alkenes having 2 to 8 carbon atoms such as ethylene, propylene, isomers of Butene and octene, or cycloalkenes with 5 to 7
  • Carbon atoms such as cyclopentene, cyclohexene and cycloheptene can be used.
  • Other soluble platinum catalysts are the platinum cyclopropane complex of the formula (PtClgCgHg) 2 t die
  • the platinum compound content is chosen such that the silicone composition preferably has a Pt content of from 0.1 to 200 ppm, particularly preferably from 20 to 120 ppm.
  • the silicone composition preferably contains at most 5 parts by weight, particularly preferably at most 2 parts by weight, in particular at most 1 part by weight, of filler per 100 parts by weight of aluminum hydroxide (ATH).
  • ATH aluminum hydroxide
  • fillers are non-reinforcing fillers, i.e. fillers with a BET surface area of up to 50 m 2 /g, such as quartz, diatomaceous earth, calcium silicate, zirconium silicate, zeolites, metal oxide powders such as aluminum, titanium, iron or zinc oxides or their mixed oxides, barium sulfate, calcium carbonate, gypsum, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, glass and plastic powder; reinforcing fillers, ie fillers with a BET surface area of at least 50 m 2 /g, such as fumed silica, precipitated silica, carbon black, such as furnace and acetylene black and silicon Aluminum mixed oxides with large BET surface areas; fibrous fillers such as asbestos and plastic fibers.
  • BET surface area such as quartz, diatomaceous earth, calcium silicate, zirconium silicate, zeolites, metal oxide powders such as aluminum, titanium, iron or
  • the silicone composition preferably does not contain carbon black.
  • the sum of all components of the high-viscosity silicone compositions is 100% by weight.
  • the silicone compositions can also be used to produce common RTV products with typical properties such as crosslinking at room temperature, high adhesion or use as elastic seals.
  • a further object of the invention is a process for ceramifying the silicone composition, in which the silicone composition is heated to at least 600.degree.
  • the temperature during ceramification is preferably 700 to 1000°C, in particular 800 to 900°C.
  • the duration of the ceramification is preferably 30 seconds to 1 hour, particularly preferably 1 minute to 30 minutes, in particular 5 to 15 minutes.
  • the ceramified silicone composition is also an object of the invention.
  • the silicone composition can be used as a fire retardant barrier, particularly between battery cells or battery modules.
  • the silicone compositions are mixed in a classic paddle stirrer with a wall scraper (Labotop; from PC-Laborsystem) until they form a homogeneous compound.
  • the mixing time is 30-60 minutes.
  • the polymer and the platinum component are mixed for 10 minutes.
  • the filler ATH is added. This can be done in portions to avoid lumps forming.
  • the D1 and D10 values provide reliable information on the processability of the compound.
  • the compound is applied to a steel sheet and heated in a muffle furnace at 850°C for 10 minutes. The condition and strength of the ceramification is then checked manually.
  • ATH aluminum hydroxide
  • platinum compound aluminum hydroxide particles and platinum compound are each incorporated into an OH-terminated polydimethylsiloxane (OH polymer) and tested. Since different polymer chain lengths are required for different applications, the examples use polymers with a viscosity of 1000 mPa*s and
  • Viscosity Dl - 508000 mPas, due to the high viscosity the compound can neither be cast nor pressed.
  • Viscosity DI - 91000 mPa*s, flowable, easy to process.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine SiliconZusammensetzung enthaltend A) Organopolysiloxan A der durchschnittlichen allgemeinen Formel (I): RxSiO (4-x)/2 in der R H, OH oder einen einwertigen, unsubstituierten oder halogen- oder cyanosubstituierten C1-C10-Kohlenwasserstoffrest, mit der Maßgabe, dass höchstens 1 Mol-% der Reste R ausgewählt werden aus H und OH und x eine Zahl im Bereich von 1,9 bis 2,2, vorzugsweise 1,97 bis 2,03, insbesondere 1,99 bis 2,05 liegt, bedeuten, B) 30 bis 65 Gew.-% Aluminiumhydroxid (ATH), bezogen auf alle Bestandteile der SiliconZusammensetzung und C) Platinverbindung; ein Verfahren zur Keramifizierung der SiliconZusammensetzung und die nach dem Verfahren herstellbare keramifizierte SiliconZusammensetzung.

Description

Keramifizierende Aluminiumhydroxid enthaltende Siliconzusammensetzung
Die Erfindung betrifft eine Siliconzusammensetzung enthaltend Organopolysiloxan, Aluminiumhydroxid und Platinverbindung, ein Verfahren zur Keramifizierung der Siliconzusammensetzung und die nach dem Verfahren herstellbare keramifizierte SiliconZusammensetzung .
In der Elektromobilität werden mehrere HV Batteriezellen mit einer sehr hohen Energiedichte in Batteriemodulen verbaut.
Diese Batteriezellen setzen bei Schäden oder Unfällen unter Bildung von thermischen Jets erhebliche Energien und damit spontan sehr hohe Temperaturen (>1000°C) frei. Aktuell müssen sehr aufwendige und konstruktive Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um das Batteriemodul von den übrigen Bauteilen und den Personen im Fahrzeug thermisch zu entkoppeln und vor den Jets zu schützen. Immer strengere gesetzliche Regularien (v.a. in China) verstärken die Notwendigkeit für diese Sicherheitsvorkehrungen.
Die Batteriemodule werden von Automobilherstellern oder deren direkten Zulieferern selbst entwickelt und gefertigt. Die Produktion erfolgt dabei vorrangig in voll automatisierten Produktionsstraßen. Material-Applikationen, die dispens- oder injizierbar sind, werden bevorzugt eingesetzt, da mit diesen der Automatisierungsgrad deutlich erhöht werden kann, als beim manuellen Einsetzen von Bauteilen. Bei der Verwendung von vernetzenden Polymersystemen sind bei der Vernetzungsreaktion nur niedrige Temperaturen (<80°C) erlaubt, da höhere Temperaturen die Batteriezellen dauerhaft schädigen können. Bisher müssen mit Stahl und anderen festen Bauteilen (Mica- Platten) konstruktive Lösungen gefunden werden, um eine feuerfeste Hülle für die Batteriemodule zu gewährleisten. Diese Lösungen sind allerdings schwer, kostenintensiv und lassen sich nur mit erhöhtem und manuellem Aufwand in der Produktion umsetzen .
Silicon-Formulierungen für brandhemmende Formbauteile sind beispielsweise in CN109762341 A für unterschiedliche Anwendungen, wie Kabelisolierungen beschrieben. In diesen Formulierungen sind mind. zwei, meist aber mehrere unterschiedliche FüllstoffSysteme (Silica, Carbon Black, Mica, Wollastonite, Magnesiumhydroxide, Aluminiumtrihydrat) notwendig, um die gewünschte elektrische Isolation auch im Brandfall zu gewährleisten. Dies führt allerdings zu einigen unerwünschten Eigenschaften.
Der hohe Anteil von Füllstoff führt zu einer sehr hohen Viskosität dieser Formulierungen. Eine Anwendung für den Verguss oder Injektion ist damit ausgeschlossen.
Gerade schwere Metalloxide, keramische und mineralische Füllstoffe führen zu einer hohen Dichte des Compounds. Dies führt wiederum zu einer erheblichen Steigerung der Kosten.
Die extreme Härte (Festigkeit) vor allem der keramischen Füllstoffe bei einer gleichzeitig hohen Viskosität führt zu einem hohen Verschleiß in Form von Abrieb in den Compoundier- und Applizierung-Equipments. Dies erhöht den Aufwand und die Kosten im Verarbeitungsprozess deutlich.
Weiterhin sind mit diesen Silicon-Formulierungen nur die Herstellung von Formbauteilen mit hohen VernetZungstemperaturen möglich .
Diese Nachteile und Einschränkungen machen die beschriebenen Formulierungen für den Einsatz in Batteriemodulen und zur Verarbeitung in der Automobilindustrie unbrauchbar.
Die brandhemmenden Eigenschaften der beschriebenen Formulierungen werden mit der LOI Zahl und der Eingruppierung nach UL94 vorgenommen und beschrieben. Beides ist für die Anwendung in HV Batteriemodulen nicht zielführend, da die freiwerdende thermische Energie und der thermische Jet die brandhemmenden Materialien um ein Vielfaches mehr belasten, als es in diesen Tests geprüft wird. Grundsätzlich können diese Formulierungen lediglich die elektrische Isolation im Brandfall gewährleisten und nicht die thermische oder mechanische Entkopplung z.B. zwischen durchgehenden Batteriezellen und naheliegenden weiteren Bauteilen oder Personen.
JP5304588B2 beschreibt Silicon-Formulierungen zur Herstellung von wärmeleitfähigen Siliconkautschuken, in denen nur ATH als Füllstoff verwendet wird.
In diesen Formulierungen sind Füllstoffgehalte der ATH von >70% notwendig, um die gewünschte Wärmeleitfähigkeit zu erreichen. Diese hohen Füllgrade schränken die Verarbeitbarkeit der Produkte deutlich ein, da sie einen deutlichen Anstieg der Viskosität zur Folge haben und das Material kein oder nur noch sehr schlechte Fließeigenschaften hat.
Gegenstand der Erfindung ist eine Siliconzusammensetzung enthaltend
A) Organopolysiloxan A der durchschnittlichen allgemeinen Formel I
RxSi0 (4-x)/2
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in der
R H, OH oder einen einwertigen, unsubstituierten oder halogen- oder cyanosubstituierten C]_-C]-Q _ Kohlenwasserstoffrest, mit der Maßgabe, dass höchstens 1 Mol-% der Reste R ausgewählt werden aus H_ und OH und x eine Zahl im Bereich von 1,9 bis 2,2, vorzugsweise 1,97 bis 2,03, insbesondere 1,99 bis 2,05 liegt, bedeuten,
B) 30 bis 65 Gew.-% Aluminiumhydroxid (ATH), bezogen auf alle Bestandteile der Siliconzusammensetzung und
C) Platinverbindung.
Die Siliconzusammensetzung ist ein Compound, mit guter Verarbeitbarkeit, welches zu einer feuerfesten Keramik reagiert, die dauerhaft Temperaturen über 1500°C und einer direkten Beflammung, vergleichbar mit den thermischen Jets einer durchgehenden HV Batteriezelle, standhält.
Die Siliconzusammensetzung benötigt keine teuren und schweren Metalloxide oder andere mineralischen Füllstoffe, die die Rheologie und/oder die Abrasivität der Formulierung negativ beeinflussen. Der Füllstoffgehalt lässt eine fließfähige oder standfeste Formulierung zu, die injiziert, vergossen und verpresst werden kann.
Gerade bei der Reaktion zu einer Keramik hat sich überraschend gezeigt, dass sich die Keramifizierungsreaktion des Organopolysiloxans A zu Siliciumcarbid und die Reaktion der ATH zu Aluminiumoxid zu einer porösen aber festen Keramik zusammenschließen, die hervorragend thermisch isoliert.
Mit sinkendem ATH Anteil, nimmt die Festigkeit der Keramik schrittweise ab. Bei einem Anteil <30% ist die Festigkeit der Keramik nicht mehr ausreichend und die Keramik zerfällt.
Im Organopolysiloxan A können die Kohlenwasserstoffreste R, linear, zyklisch, verzweigt, aromatisch, gesättigt oder ungesättigt sein.
Beispiele für unsubstituierte Reste R sind Alkylreste, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, n-Butyl-, iso-Butyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.- Pentylrest, Hexylreste, wie der n-Hexylrest, Heptylreste, wie der n-Heptylrest, Octylreste, wie der n-Octylrest und iso- Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpentylrest, Nonylreste, wie der n-Nonylrest, Decylreste, wie der n-Decylrest; Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, 4- Ethylcyclohexyl-, Cycloheptylreste, Norbornylreste und Methylcyclohexylreste ; Arylreste, wie der Phenyl-, Biphenylyl-, Naphthylrest; Alkarylreste, wie o-, m-, p-Tolylreste und Ethylphenylreste ; Aralkylreste, wie der Benzylrest, der alpha- und der ß-Phenylethylrest.
Beispiele für substituierte Kohlenwasserstoffreste als Reste R sind halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie der Chlormethyl-, 3- Chlorpropyl-, 3-Brompropyl, 3,3,3-Trifluorpropyl und 5,5,5,4,4,3,3-Hexafluorpentylrest sowie der Chlorphenyl-, Dichlorphenyl- und Trifluortolylrest.
Vorzugsweise weisen die Kohlenwasserstoffreste R 1 bis 6 Kohlenstoffatome auf, besonders bevorzugt sind Alkylreste und Phenylreste. Bevorzugte Halogensubstituenten sind Fluor und Chlor. Besonders bevorzugte einwertige Kohlenwasserstoffreste R sind Methyl, Ethyl, Phenyl.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens 90 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens 99 Mol-% der Reste R im Organopolysiloxan A Methylreste.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden höchstens 0,2 Mol-% höchstens 0,05 Mol-% der Reste R ausgewählt aus H und OH.
Die Struktur des Organopolysiloxans A kann linear, cyclisch oder auch verzweigt sein. Der Gehalt an zu verzweigten Polyorganosiloxanen führenden tri- und/oder tetrafunktionellen Einheiten, ist typischerweise sehr gering, vorzugsweise höchstens 1 Mol-%, insbesondere höchstens 0,1 Mol-%.
Vorzugsweise beträgt die Kettenlänge der längsten Kette des Organopolysiloxans A mindestens 300 bis 7000 Siloxyeinheiten, insbesondere 500 bis 2000 Siloxyeinheiten.
Die Viskosität des Organopolysiloxans A beträgt bei 25°C vorzugsweise 0,01 bis 100 Pa*s, besonders bevorzugt 0,1 bis 50 Pa*s, insbesondere 0,5 bis 30 Pa*s.
Die Viskositätsangaben der Organopolysiloxane A und der hochviskosen Siliconzusammensetzungen werden nach DIN EN ISO 53019 mit einem Rotationsviskosimeter unter Normbedingungen anhand der Fließkurve von D: 0,1 - 101/s ermittelt. Der Dl und D10 Wert ergibt dabei eine zuverlässige Aussage zur Verarbeitbarkeit des Compounds.
Die Siliconzusammensetzung enthält vorzugsweise pro 100 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid (ATH) 40 bis 150 Gewichtsteile, besonders bevorzugt 50 bis 140 Gewichtsteile, insbesondere 60 bis 120 Gewichtsteile Organopolysiloxan A.
Aluminiumhydroxid weist die Summenformel Al(OH)3 auf.
Vorzugsweise enthält die Siliconzusammensetzung 40 bis 60 Gew.-% Aluminiumhydroxid (ATH).
Die Platinverbindung ist vorzugsweise in Polyorganosiloxanen löslich. Als lösliche Platinverbindungen können beispielsweise die Platin-Olefin-Komplexe der Formeln (PtClg·Olefin)g und
H (PtCl ·Olefin) verwendet werden, wobei bevorzugt Alkene mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Ethylen, Propylen, Isomere des Butens und Octens, oder Cycloalkene mit 5 bis 7
Kohlenstoffatomen, wie Cyclopenten, Cyclohexen und Cyclohepten, eingesetzt werden. Weitere lösliche Platin-Katalysatoren sind der Platin-Cyclopropan-Komplex der Formel (PtClgCgHg)2 t die
Umsetzungsprodukte von Hexachloroplatinsäure mit Alkoholen, Ethern und Aldehyden beziehungsweise Mischungen derselben oder das Umsetzungsprodukt von Hexachloroplatinsäure mit Methylvinylcyclotetrasiloxan in Gegenwart von Natriumbicarbonat in ethanolischer Lösung. Besonders bevorzugt sind Komplexe des Platins mit Vinylsiloxanen, wie sym-Divinyltetramethyl- disiloxan, insbesondere der KARSTEDT-Katalysator, nämlich der Platin (0)-divinyltetramethyldisiloxan-Komplex der Formel Pt2 [[(CH2=CH)(CH3) 2Si]20]3.
Der Gehalt an Platinverbindung wird so gewählt, dass die Siliconzusammensetzung bevorzugt einen Pt-Gehalt von 0,1 bis 200 ppm, besonders bevorzugt von 20 bis 120 ppm besitzt.
Die Siliconzusammensetzung enthält vorzugsweise pro 100 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid (ATH) höchstens 5 Gewichtsteile, besonders bevorzugt höchstens 2 Gewichtsteile, insbesondere höchstens 1 Gewichtsteil Füllstoff.
Beispiele für Füllstoffe sind nicht verstärkende Füllstoffe, also Füllstoffe mit einer BET-Oberfläche von bis zu 50 m2/g, wie Quarz, Diatomeenerde, Calciumsilikat, Zirkoniumsilikat, Zeolithe, Metalloxidpulver, wie Aluminium-, Titan-, Eisen-, oder Zinkoxide bzw. deren Mischoxide, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Gips, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Glas- und Kunststoffpulver; verstärkende Füllstoffe, also Füllstoffe mit einer BET-Oberfläche von mindestens 50 m2/g, wie pyrogen hergestellte Kieselsäure, gefällte Kieselsäure, Ruß, wie Furnace- und Acetylenruß und Silicium- Aluminium-Mischoxide großer BET-Oberflachen; faserförmige Füllstoffe, wie Asbest sowie Kunststofffasern.
Die Siliconzusammensetzung enthält vorzugsweise keinen Ruß.
Die Summe aller Bestandteile der hochviskosen Siliconzusammensetzungen ergeben 100 Gew.-%.
Mit weiteren Komponenten, wie Vernetzern, Hartem und Haftvermittlern lassen sich aus den Siliconzusammensetzungen auch gängige RTV Produkte mit typischen Eigenschaften, wie z.B. Vernetzung bei Raumtemperatur, hohe Haftung oder Verwendung als elastische Dichtungen hersteilen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Keramifizierung der Siliconzusammensetzung, bei der die Siliconzusammensetzung auf mindestens 600°C erhitzt wird.
Die Temperatur bei der Keramifizierung beträgt vorzugsweise 700 bis 1000°C, insbesondere 800 bis 900°C.
Die Dauer der Keramifizierung beträgt vorzugsweise 30 sec bis 1 h, besonders bevorzugt 1 min bis 30 min, insbesondere 5 bis 15 min.
Die keramifizierte Siliconzusammensetzung ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Die keramifizierte
Siliconzusammensetzung kann beispielsweise als brandhemmende Barriere, insbesondere zwischen Batteriezelle oder Batteriemodulen verwendet werden.
In den folgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen, alle Drücke 0,10 MPa (abs.) und alle Temperaturen 20°C.
Die Siliconzusammensetzungen werden in einem klassischen Balkenrührer mit Wandabstreifer (Labotop; Fa. PC-Laborsystem) gemischt, bis sie einen homogenen Compound ergeben. Die Mischdauer beträgt dabei 30-60 Minuten. Zunächst werden das Polymer und die Platinkomponente für 10 Minuten gemischt. Anschließend erfolgt die Zugabe des Füllstoffs ATH. Dies kann portionsweise erfolgen, um die Bildung von Klumpen zu vermeiden .
Bei der Bestimmung der Viskositäten nach DIN EN ISO 53019 mit einem Rotationsviskosimeter unter Normbedingungen anhand der Fließkurve von D: 0,1 - 101/s ermittelt, ergibt der Dl und D10 Wert eine zuverlässige Aussage zur Verarbeitbarkeit des Compounds .
Für die Beurteilung der Keramifizierung wird der Compound auf einem Stahlblech aufgetragen und in einem Muffelofen bei 850°C für 10 Minuten erhitzt. Anschließend wird der Zustand und die Festigkeit der Keramifizierung manuell geprüft.
In den Beispielen werden unterschiedliche Anteile an ATH (Aluminiumhydroxid) Partikeln und Platinverbindung in jeweils ein OH terminiertes Polydimethylsiloxan (OH-Polymer) eingearbeitet und getestet. Da für unterschiedliche Anwendungen verschiedene Polymerkettenlängen notwendig sind, werden in den Beispielen Polymere mit einer Viskosität von 1000 mPa*s und
20000 mPa*s beschrieben. Beispiel 1 nicht erfindungsgemäß
21,3g OH-Polymer mit 1000 mPa*s - 21,3%
78g ATH - 78%
Pt2 [[(CH2=CH)(CH3)2Si]20]3 - 111 ppm.
Viskosität: Dl - 508000 mPas, aufgrund der hohen Viskosität kann der Compound weder vergossen noch verpresst werden.
Keramifizierung : Feste keramische Platte
Beispiel 2 nicht erfindungsgemäß
21,3g OH-Polymer mit 20000 mPa*s - 21,3%
78g ATH - 78%
Pt2 [[(CH2=CH)(CH3)2Si]20]3 - 111 ppm.
Viskosität: Dl - zu hoch, nicht messbar bzw. nicht mischbar Keramifizierung : -
Beispiel 3 erfindungsgemäß
49,8g OH-Polymer mit 20000 mPa*s - 49,8%
50g ATH - 50%
Pt2 [[(CH2=CH)(CH3)2Si]20]3 - 111 ppm.
Viskosität: Dl - 91000 mPa*s, fließfähig, gut verarbeitbar.
Keramifizierung : Feste keramische Platte
Beispiel 4 nicht erfindungsgemäß
79,3g OH-Polymer mit 20000 mPa*s - 79,3% 20g ATH - 20%
Pt2 [[(CH2=CH)(CH3) 2Si]20]3 - 111 ppm.
Keramifizierung: Nein - zerbrechlicher Schaum

Claims

Patentansprüche
1. Siliconzusammensetzung enthaltend
A) Organopolysiloxan A der durchschnittlichen allgemeinen Formel I
RxSi0 (4-x)/2
Figure imgf000013_0001
in der
R H, OH oder einen einwertigen, unsubstituierten oder halogen- oder cyanosubstituierten C]_-C]_o- Kohlenwasserstoffrest, mit der Maßgabe, dass höchstens 1 Mol-% der Reste R ausgewählt werden aus H und OH und x eine Zahl im Bereich von 1,9 bis 2,2, vorzugsweise 1,97 bis 2,03, insbesondere 1,99 bis 2,05 liegt, bedeuten,
B) 30 bis 65 Gew.-% Aluminiumhydroxid (ATH), bezogen auf alle Bestandteile der Siliconzusammensetzung und
C) Platinverbindung.
2. Siliconzusammensetzung nach Anspruch 1 bei der der Kohlenwasserstoffrest R ausgewählt wird aus Methyl, Ethyl und Phenyl.
3. Siliconzusammensetzung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, bei der mindestens 90 Mol-%, der Reste R im Organopolysiloxan A Methylreste sind.
4. Siliconzusammensetzung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, bei der höchstens 0,2 Mol-% der Reste R ausgewählt werden aus H und OH.
5. Siliconzusammensetzung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, welche pro 100 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid (ATH) 40 bis 150 Gewichtsteile, Organopolysiloxan A enthält.
6. Siliconzusammensetzung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, welche einen Pt-Gehalt von 0,1 bis 200 ppm besitzt.
7. Verfahren zur Keramifizierung der Siliconzusammensetzung gemäß einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, bei der die Siliconzusammensetzung auf mindestens 600°C erhitzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Siliconzusammensetzung 30 sec bis 1 h erhitzt wird.
9. Keramifizierte Siliconzusammensetzung, herstellbar nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024088735A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-02 Wacker Chemie Ag Silicone-based thermal insulation materials for battery modules

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CN109762341A (zh) 2018-12-29 2019-05-17 浙江炬泰新材料科技有限公司 一种阻燃型陶瓷化硅橡胶及其制备方法和应用

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