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公司新闻

室温硫化硅橡胶及其应用技术进展

1、概述
主链结构由一Si一0-硅氧重复单元组成的有机硅材料是- -种介于有机和无机之间的特种高分子材料。硅氧键的键能为422. 5kJ/mol,它的耐高低温性能非常好,一般可在-70~250C长期工作。由于硅原子上连接了甲基,使大分子非常柔软,很容易加工。它具有非常优越的电绝缘性能,- - 般体积电阻率在1X10*0 *cm以 上,此外主链的饱和结构使硅橡胶的耐候性能(户外老化性能)非常好。.美国道康宁公司报道:硅橡胶户外使用寿命达30年以上。因此硅橡胶作为重要的材料在航天航空、军事工业、电子通讯、电器工业、机械工业、建筑行业等得到广泛应用,是一种不可替代的材料。
以液体硅橡胶为主体,配以补强剂、交联剂、催化剂、增粘剂等可以制备出室温固化( 也称室温硫化,简称RTV)硅橡胶胶粘剂/密封剂。无需加温加压,在常温下将液态硅橡胶转变成三维网状硅橡胶弹性体。在这--过程中同时完成粘合,即将二种材料粘合在- -起。室温硫化硅橡胶从包装形式可分为单组分包装和双组分包装。单组分包装就是将主体材料硅橡胶、补强剂、交联剂和催化剂混合在一起,防潮密封包装,使用时从包装管挤出的胶粘剂一旦接触空气中潮气,即开始发生化学反应,在常温下交联固化成为硬化物。双组分包装是将硅橡胶与交联剂和催化剂分别包装组成二组分形式,使用时将二个组分按一定比例配制混合均匀,再开始发生交联反应。即双组分包装一定要将二个组分混合后才开始发生化学反应。单组分和双组分材料储存数月或数年都是稳定的。
2、室温硫化硅橡胶的合成

3、室温硫化硅橡胶特性
(1)具有有机硅材料的通性一 耐高低温度、耐气候老化、耐紫外和红外辐
照、耐氧化降解,电绝缘性能优越。
(2)硫化特性:不需加热、加压、常温下自然固化。
(3)使用特性:挤出即可使用,或AB组分搅拌使用。
(4)具有良好的粘合性能,或施低涂剂获得良好的粘接力。


5 RTVs的主要成分
5.1 生胶
基础聚合物,a, w-端羟基聚二甲基硅氧烷,亦称107硅橡胶。
5.2交联剂
含2 个或3个以上官能团的硅烷或硅氧烷。在配制硅橡胶胶粘剂时,交联剂是一个重要组分。它的作用是与聚合物端羟基反应使大分子链增长,同时提供反应交联点,形成弹性体所特有的交联网络。硅橡胶交联剂- -般均含有3个或4个活性官能团的有机硅烷,其化学结构与胶粘剂硫化速度密切相关。


6、室温硫化硅橡胶胶粘剂的新发展
最近几年,由于石油价格不断攀升,使得以石油为基础原料的有机高分子材料价格~飞涨,如天然橡胶从1万元/吨涨到现在2.5万元/吨。而硅橡胶与石油的依存度很低,传统概念上硅橡胶--直作为特种橡胶价格昂贵,这一观点已经改变了,通用硅橡胶价格已经与通用橡胶持平甚至低于通用橡胶,今后只要性能满足要求,用硅橡胶替代通用橡胶这一趋势是可以预计到的。从室温硫化硅橡胶角度来看,在现有的技术,现有的产品以外还可以重点发展哪些技术,开发哪些产品呢?以下几个技术可能成为有机硅行业应该关注的重点。
6.1硅烷封端聚醚胶粘剂
硅烷封端聚醚(MS)胶粘剂于上世纪80年代日本钟渊公司开发,它结合了聚醚和有机硅特色而开发出来的新型弹性胶粘剂,近来发展迅速。这类弹性胶粘剂主链结构是聚醚,二端基由多官能团的烷氧基硅烷封端,室温可以硫化成弹性体,硫化机理与单组分室温硫化硅橡胶相同,即利用端基多官能团烷氧基硅烷的可水解性同空气中潮气反应,完成硫化。
硅烷封端聚醚弹性胶粘剂的主体材料是硅烷封端聚醚,它是由高饱和度和相对高分子质量的端烯丙基聚氧化丙烯经氢化硅烷在铂催化剂催化下制得,通过填料和配合剂的组合,胶粘剂可获得各种有用的性能。硅烷封端聚醚弹性胶粘剂具有黏度低、耐候性能优良,模量低、回弹性好、粘接面广泛对环境友好的特点,另外还具有本身不易污染、上漆性良好和储存稳定的优点。适合于建筑领域作为.粘合剂和密封剂使用,在伸缩等高位移场合使用也是适宜的。日本的建筑密封胶消耗量中这种硅烷封端聚醚胶粘剂用量约占35.1%,高于有机硅和聚氨酯。除此之外,在汽车和运输领域也有较大的市场。
6.2硅烷封端聚氨酯胶粘剂
硅烷封端聚氨酯胶粘剂(SPUR)兼具聚氨酯和有机硅胶粘剂的特性,SPUR是以聚氨酯为主链,以烷氧基硅烷取代一NCO 封端的改性聚氨酯。SPUR的硫化机理不同于传统的以NCO封端的聚氨酯,而是与单组分室温硫化硅橡胶相同,.即利用端基多官能团烷氧基硅烷的可水解性同空气中潮气反应,形成稳定的一Si-0- Si-网状结构,完成硫化。
SPUR的合成,一般先由二异氰酸酯与相对高分子质量的多元醇反应制备聚氨酯预聚体,再用含氢基或胺基的烷氧基硅烷与聚氨酯预聚体反应并封端。SPUR配制的胶粘剂具有的性能见表六。

SPUR胶粘剂与聚氨酯密封胶在性能上相比有几个不同:①由于主体材料的.化学结构改变,一些在聚氨酯密封胶配方中会于一-NCO发生反应而不能使用的助剂(如补强剂、增粘剂、增塑剂、抗氧剂等)均可获得应用,提高了密封胶的性能;②由于硫化机理的不同,硅烷封端聚氨酯胶粘剂硫化产品内部密实无气泡,而通用聚氨酯密封胶如果不采用吸收剂,硫化过程中产生的CO2易积存在胶中,形成发泡现象。③由于烷氧基硅烷替代-NCO基团,大大改善了胶粘剂的储存稳定性。④其他性能如耐热性、耐湿热性、对基材的粘合性、耐候性、耐介质性和可涂漆性均为SPUR密封胶优于聚氨酯密封胶。SPUR胶粘剂兼具聚氨酯和有机硅胶粘剂性能的优势,有广泛的功能适用性,原材料来源易得,在汽车工业和建筑领域有良好得应用前景。
6.3氟硅胶粘剂
氟硅的化学结构为硅氧烷键合侧链中引进三氟丙基化合物,随着三氟丙基硅氧烷比例提高,氟硅胶粘剂的耐油性能提高,耐化学药品性能提高,耐高温性能略有降低。氟硅胶粘剂的硫化机理与单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂相同,也可以制成脱醇型、脱酸型和脱肟型等各种类型。在氟硅橡胶合成中引入50%mol含氟单体,制备的单组分室温硫化氟硅橡胶胶粘剂,经室温硫化7天后具有的性能见表七。

氟硅胶粘剂既具有硅橡胶耐高低温、耐气候老化等性能,又有氟材料的良好.的耐油、耐溶剂和抵抗污物性能,是一种宝贵的特种材料。可以用在汽车发动机液体垫嗤、涉油的机械密封以及高温、绝缘、耐油的各种场合,是相当理想的密封新材料。由氟硅胶粘剂配制涂料喷涂在硅橡胶绝缘子表面,可以明显提高绝缘子的疏水性能和防污性能,提高电网运行的可靠性。
6.4低模量单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂目前还开发了作为建筑接缝用的低模量单组分产品,适用于高伸缩量的建筑接缝用密封剂。已报道的多组分产品其扯断伸长率达1200%, 而拉伸强度仅为0. 5~0. 8MPa。与此性能相仿的单组分产品也已大量出现,大多数均属脱胺或脱酰胺型产品,对混凝土的胶接效果甚优,特别适于接点运动很大的混凝土接缝的密封。二官能度链增长剂的采用,配合非补强性填料和增塑剂,是制备单组分低模量室温硫化硅橡胶胶粘剂的三大要素。
6.5阻燃硅橡胶胶粘剂
电子电器工业、造船工业以及与安全密封相关工业的发展,促进了阻燃性硅橡胶胶粘剂和密封剂的新发展。这类产品主要用于电子电器设备密封(如显象管的管基胶接密封、高压元器件的浇注密封和电缆接头密封等)以及船舶填隙密封等。这类阻燃材料的UL- -94燃烧试验要求达到V- 0级。国内近年发展的此类产品有单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂D08等,其UL-94燃烧试验达到了V-0级,而其物理机械性能、胶接性能和流变性能等均达到电子工业使用要求。阻燃性硅橡胶胶粘剂的阻燃剂是采用氯铂酸加上金属氢氧化物为主体或者含磷和氮的化合物,而不采用含卤素的碳氢化合物,因后者影响产品的物理机械性能和电性能,并且燃烧时放出腐蚀性和毒害性气体。
6.6新型硫化体系的单组分室温硫化硅橡胶胶粘剂
近年来最引人注目的新型硫化体系单组分产品是脱丙酮型单组分室温硫化硅橡胶。交联剂甲基三丙酮基硅烷的制备是借助于丙酮中存在互变异构现象即酮式和烯式共存一体来完成的。日本信越化学公司KE-3424,KE3491 就是这类产品。这种产品除了价昂外,其它性能均优于别的品种。特别值得指出的是,这类产品对金属铜等的腐蚀性较脱醇型单组分产品更小,称得上无腐蚀性产品,因此是电子工业中未来的优越材料。
6.7.加成型硅橡胶胶粘剂
加成型硅橡胶胶粘剂-般按二二组分形式配合,使用时A、B二组分以1: 1重量比或体积比配合;也可以制成单组分形式,即将乙烯基硅橡胶与气相白炭黑、交联剂含氢硅油、铂催化剂、增粘剂和硫化抑制剂配合在一起, 低温密封保存。使用时只需将胶粘剂涂在二个被粘合物体表面,贴合在一起加热加压硫化,即可粘合成型,也可以称为焊接型胶粘剂。日本信越化学公司X-32- 1947,X-32一1964是这类胶粘剂。.加成型硅橡胶胶粘剂的技术关键:①扩链技术一一般利用端氢硅油作为扩链.剂可以取得很好的工艺性能和力学性能;②补强技术-经过表面疏水处理的气相白炭黑、能参与硅氢加成反应的MQ树脂如含氢MQ树脂或含乙烯基MQ树脂都是有效的补强剂;③抑制剂技术-炔醇、乙烯基环体等等都是有效的抑制剂;
④铂金催化剂合成-涉及催化活性等;⑤增粘技术。研究加成型硅橡胶是相关技术的综合性研究,其中还与我国有机硅基础工业密切相关。
6.8有机硅压敏胶胶粘剂
有机硅压敏胶是新近发展起来的一种独特的产品,它与传统的压敏胶(天然一丁苯一松香)相比,具有较广的温度适应性和被粘贴材料适应性。有机硅压敏胶包括无背材压敏胶和有背材压敏胶粘带。将有机硅压敏胶涂覆在背材上即得到有机硅压敏胶粘带;有机硅压敏胶由高分子量的羟端基硅橡胶或三甲硅端基硅橡胶和MQ硅树脂组成的。MQ硅树脂的特点是含有Si02链节单元,对硅橡胶具有很好的补强效果。有机硅压敏胶的性能在很大程度_上取决于硅橡胶与硅树脂的用量比。通常,两者的最佳重量比在1:1左右。为了提高压敏胶的内聚强度,常常加入交联剂,形成部分交联结构。有机硅压敏胶常以压敏胶带的形式使用,其工作温度(非交联型),可达150°C以上,交联型者则高达200C以上。因此作为胶粘带的背材也必须达到同等的耐温等级,诸如玻璃布、聚酯薄膜、聚四氟乙烯薄膜和聚酰亚胺薄膜等。有机硅压敏胶价格较高,但由于具有一系列宝贵性能,如使用温度范围宽广,对诸如聚四氟乙烯等低表面能的极难粘材料亦具有良好的胶接效果,电性能优越和耐水性能优越等优点,因此是一种重要的压敏材料。


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