一种线性聚硅氧烷及可陶瓷化聚硅氧烷组合物和其制备方法

文档序号:61952 发布日期:2021-10-01 浏览:50次 >En<

阅读说明:本技术 一种线性聚硅氧烷及可陶瓷化聚硅氧烷组合物和其制备方法 (Linear polysiloxane and ceramifiable polysiloxane composition and preparation method thereof ) 是由 张军营 刘永壮 史翎 张明聪 马嘉浩 韩雁明 程珏 于 2020-03-31 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种线性聚硅氧烷、及其可陶瓷化聚硅氧烷组合物及制备。本发明以含氢硅油和醇类化合物为原料,采用无溶剂体系制备,可以得到侧基含有烷氧基的线性聚硅氧烷,同时,本发明以线性聚硅氧烷为基体的可陶瓷化聚硅氧烷组合物,陶瓷体结构更紧密,且具有无卤、环保、不燃等优点,在航空、航天及电子等领域有广阔应用前景。另外,本发明提供的制备工艺更加安全、环保、无需复杂的工艺及设备。(The invention relates to a linear polysiloxane, a ceramifiable polysiloxane composition and preparation thereof. The invention takes hydrogen-containing silicone oil and alcohol compounds as raw materials, and adopts a solvent-free system for preparation, so that linear polysiloxane with alkoxy on the side group can be obtained. In addition, the preparation process provided by the invention is safer and more environment-friendly, and does not need complex processes and equipment.)

一种线性聚硅氧烷及可陶瓷化聚硅氧烷组合物和其制备方法

技术领域

本发明涉及聚硅氧烷

技术领域

,具体涉及一种线形聚硅氧烷,以及以该线性聚硅氧烷作基体的可陶瓷化聚硅氧烷组合物及其制备方法。

背景技术

随着航空、航天、电子等行业向高速化、高集成化方向的发展,人们对于可耐高温材料的要求越来越高,除了要具有耐高温、耐化学腐蚀等要求之外,还要求材料本身及制备过程环保、固化工艺简单、可现场固化以及具有阻燃性等。

在耐高温材料中,高分子做基体的可陶瓷化材料拥有“高温煅烧或燃烧迅速结成陶瓷状”的特性,可以保护内部材料免受火焰的直接灼烧,在电缆行业、航空、航天等领域已经有了广泛应用。其中,有一类可陶瓷化材料的基体为聚硅氧烷,因其主链为硅氧烷键,键能高,所以基体本身耐热性好。目前,作为高分子基可陶瓷化材料的聚硅氧烷主要是硅橡胶和硅树脂,因可陶瓷化硅橡胶的柔韧性优于可陶瓷化硅树脂,所以可陶瓷化硅橡胶多用于电缆行业。

中国专利CN105694471A提出一种陶瓷化耐火硅橡胶的制备方法,其包含的组份有:甲基乙烯基硅橡胶作为基体,加入了成瓷填料、助熔剂、以及催化剂、交联剂以及助剂,另外额外添加了阻燃剂,在制备过程中采用了高温低压的制备方法,最后得到可陶瓷化耐火硅橡胶,1000℃煅烧后得到的陶瓷化产物的质量分数不超过80%。上述方法存在的问题是需要额外添加阻燃剂才能使可陶瓷化硅橡胶达到难燃的效果,而且在制备过程中采用了高温和低压使之成型,制备工艺复杂。

除了硅橡胶作为基体之外,硅树脂也可以作为基体,且其在阻燃性方面更有优势,一般无需额外添加阻燃剂就可以达到难燃的效果。

中国专利CN105778504A提出一种陶瓷化硅树脂组合物的制备方法。该陶瓷化硅树脂组合物的制备方法是(1)将50~100份缩合型硅树脂溶于有机溶剂中,待完全溶解后,分别加入0.00001~2份催化剂、5~80份成瓷填料、0.01~50份助熔剂、以及其他非成瓷填料和助剂,得到陶瓷化硅树脂组合物。(2)将该组合物涂覆于玻纤布上,先在烘箱中用170℃烘烤5分钟得到半固化片,再将其置于真空热压机中在3MPa压力和220℃温度下压制3h得到层压板。上述方法主要存在的问题是:陶瓷化硅树脂组合物所用的缩合型硅树脂需先溶解于有机溶剂,在固化时有大量有机溶剂发挥,不环保;另外,固化过程中还放出水分子,需要高温高压的条件下才能制得固化物,固化工艺复杂,且固化物内部会出现多孔,影响性能。

中国专利CN101153076A提出一种侧基含烷氧基的硅树脂的制备方法。该侧烷氧基硅树脂的制备方法是:通过甲基含氢硅油的醇解反应,将硅氢官能团含量在0.01~1.67mol/100g范围内的含氢硅油、醇类物质、有机溶剂、催化剂在反应器中搅拌混合,于低于有机溶剂沸点的温度下反应制得。该侧烷氧基硅树脂室温下为液态,具有耐高温、可室温固化等优点。但上述制备过程是在有机溶剂体系内进行的,而且在后处理过程中会有有机混合物产生,还需进一步分离才能加以利用,不环保,而且体系的反应温度受有机溶剂沸点的限制。

现有的可陶瓷化聚硅氧烷多以硅橡胶和硅树脂为主,但其固化工艺复杂,多采用高温高压等固化方式,有些可陶瓷化硅橡胶还需另外添加阻燃剂才能达到难燃的效果,绝大多数硅树脂和硅橡胶的制备过程需要用到溶剂,合成路线不环保,大多数可陶瓷化聚硅氧烷在制备的过程中需要有机溶剂溶解,在固化过程中大量有机溶剂挥发,导致环境污染,所以需要一种高分子基体合成路线环保、无卤、不燃或者难燃、固化方式简单的可陶瓷化硅树脂。

发明内容

本发明对现有技术进行改进,采用无溶剂体系制备一种线性聚硅氧烷,安全环保,可室温固化;并以该线性聚硅氧烷作为基体,制备一种不燃、高耐热、高质量残留率的可陶瓷化聚硅氧烷组合物。该可陶瓷化聚硅氧烷组合物在常温下,遇火不燃,在持续燃烧或高温煅烧、冷却后形成坚硬的自支撑陶瓷化产物,具有一定的强度且能承受一定的冲击力,可以有效隔绝、保护内部材料。

本发明的目的之一在于提供一种线性聚硅氧烷,其结构式为

式中,

R1、R2独立地选自碳原子数为1~8的烷基或芳烷基,优选选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、正戊基、异戊基、新戊基、辛基、苄基中的至少一种;

X1、X2独立地选自甲基、羟基、烷氧基或三甲基硅氧基中的一种;

1≤m≤6000,优选20≤m≤6000;

0≤n≤7000,优选0≤n≤1000;

0≤p≤7000,优选0≤p≤100。

本发明的目的之二在于提供一种上述线性聚硅氧烷的制备方法,包括:将硅油和醇类物质混合,反应后即得所述的线性聚硅氧烷;

其中,所述的硅油为含氢硅油,选自甲基含氢硅油、苯基含氢硅油、甲基苯基含氢硅油、乙基含氢硅油、甲基甲氧基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基羟基硅油中的至少一种,优选选自甲基含氢硅油、苯基含氢硅油、甲基苯基含氢硅油中的至少一种;

所述的硅油中硅氢官能团含量0.01~1.67mol/100g;

所述的醇类物质选自碳原子数为1~8的脂肪醇或芳香醇,优选选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、新戊醇、正辛醇、苯甲醇中的至少一种;

所述的硅油中硅氢官能团和醇类物质中的羟基官能团的摩尔比为1:(1.1~20),优选为1:(2~20)。

上述线性聚硅氧烷的制备过程中,反应温度最低为0℃,最高为混合液的回流温度,反应时间为5~24h;反应结束后蒸馏出未反应的醇类物质。

上述线性聚硅氧烷的制备过程中,还加入催化剂,催化剂在加入前先溶于醇类物质中形成催化剂溶液,加入的催化剂溶液中,催化剂与醇类物质的用量比为1:80~1:100。以含氢硅油的质量来计,催化剂与含氢硅油的质量比为(0.01~5):100,优选为(0.01~1):100;其中,催化剂选自碱金属氢氧化物、四甲基氢氧化铵、含铂络合物、铜粉中的至少一种,优选选自四甲基氢氧化铵、氯铂酸、氢氧化钠中的至少一种;醇类物质选自碳原子数为1~8的脂肪醇或芳香醇,优选选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、新戊醇、正辛醇、苯甲醇中的至少一种。上述反应过程中,催化剂溶液的滴加速度为1~20滴/min。

反应结束后还可以加入中和剂来中和催化剂,加入的中和剂选自无机酸、有机酸、酸性阳离子交换树脂、碱性阴离子交换树脂中的至少一种,优选选自酸性阳离子交换树脂、碱性阴离子交换树脂中的至少一种。

本发明的目的之三在于提供一种可陶瓷化聚硅氧烷组合物,含有上述线性聚硅氧烷或者由上述制备方法得到的线性聚硅氧烷。

该可陶瓷化聚硅氧烷组合物中,还含有固化催化剂,固化催化剂选自有机锡类、胺类、酸酐类、钛酸酯类或含铂络合物中的至少一种,优选选自辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、聚醚胺、钛酸丁酯、含铂络合物中的至少一种;

还含有成瓷填料,成瓷填料选自硅酸盐类,优选层状硅酸盐类,层状硅酸盐类呈晶体结构,具有高熔点和高烧结度的特点,上述成瓷填料更优选选自云母粉、硅灰石、滑石粉、高岭土中的至少一种;

还含有助熔剂,助熔剂是指能在较低温度下发生熔融并在体系内起到液相桥接成瓷填料的作用,并在冷却后能固化的物质,上述助熔剂选自氧化硼、硼酸锌、玻璃粉中的至少一种;

还含有触变剂,触变剂是指在可陶瓷化聚硅氧烷的制备过程中加入的一类可使体系粘度增大从而有效改善填料沉积的物质,加入触变剂能使填料在聚硅氧烷基体中分散均匀,提高其各项性能;上述触变剂选自无机化合物,优选选自二氧化硅、膨润土、碳酸钙中的至少一种,更优选选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土、纳米碳酸钙中的至少一种;

还含有活性填料,活性填料是指在可陶瓷化硅树脂受热或火焰灼烧过程中能与环境气氛或者热解产物发生反应使得体系质量稳定的物质,以此来提高陶瓷化产率,同时也能使陶瓷体更加致密、紧实,提高其各项性能,活性填料选自碳化硼、镁粉、铝粉中的至少一种。

上述可陶瓷化聚硅氧烷组合物中,以质量份计,含有线性聚硅氧烷100份;固化催化剂0.01~5份,优选0.01~2份;成瓷填料5~80份,优选10~80份;助熔剂0.1~40份,优选5~40份;触变剂0.1~20份,优选1~20份;活性填料0.1~20份,优选0.1~15份。

上述可陶瓷化聚硅氧烷组合物中,还可以加入其他常用的助剂,如固化促进剂、硅烷偶联剂、分散剂、着色剂等,这些助剂可单独加入,也可以两种或者两种以上混合加入。

本发明的目的之四在于提供一种上述可陶瓷化聚硅氧烷组合物的制备方法,包括将包含有所述线性聚硅氧烷和固化催化剂在内的组分充分混合;优选包括将所述线性聚硅氧烷和固化催化剂混合,之后依次加入成瓷填料、助熔剂、触变剂、活性填料,充分混合后即得可陶瓷化聚硅氧烷组合物。混合后得到的可陶瓷化聚硅氧烷组合物还要进行固化处理,固化条件为10~100℃、相对湿度为20~100%、固化时间为8~72h。

本发明针对现有技术进行了改进,提出了无溶剂体系制备侧基含烷氧基的聚硅氧烷,得到的线性聚硅氧烷在室温下为液态。无溶剂体系制备侧烷氧基聚硅氧烷主要存在非均相反应的问题,醇类物质与含氢硅油不相容,如果没有充分搅拌,会使得体系分相,再加入催化剂时会使催化剂只存在于其中一相中,若存在于醇类物质中,则反应不发生,若存在于含氢硅油相中,则会导致凝胶现象。所以无溶剂法制备侧烷氧基聚硅氧烷时要保证加催化剂前充分搅匀,并且要缓慢滴加催化剂。当反应进行到一定程度时,部分硅氢官能团被烷氧基取代,此时侧基含有烷氧基的聚硅氧烷充当了相容剂,使得体系成为均相。因为醇解反应会放出大量的氢气和热量,所以非均相的体系使得反应前期速率较慢,有利于反应的安全发生。当体系均相后,反应速率加快,使得反应可以在较短时间内完成。在后处理过程中得到的醇类物质,可直接用于下一次反应的投料,无需再与有机溶剂分离,节约了成本。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

(1)本发明提供的线性聚硅氧烷,采用无溶剂体系制备,更加安全、环保,为线形结构,常温下为液态;而且后处理过程中得到的醇类物质,可直接用于下一次反应的投料,无需再与有机溶剂分离,节约了成本;

(2)本发明的线性聚硅氧烷可在空气中常温常压下固化,只需调整湿度即可,无需复杂的工艺及设备,固化工艺简单;

(3)本发明的线性聚硅氧烷体系高温煅烧后残留物的质量分数高,空气氛围中缓慢加热,体系质量先有下降,再升高,陶瓷体结构更紧致;

(4)本发明的线性聚硅氧烷具有无卤、环保、不燃等优点,在航空、航天及电子等领域有广阔应用前景。

附图说明

图1为实施例1得到的侧甲氧基聚硅氧烷红外谱图;

图2为甲基含氢硅油红外谱图;

图3为实施例1得到的侧甲氧基聚硅氧烷核磁氢谱图;

图4为甲基含氢硅油核磁氢谱图;

图5为实施例3得到的侧甲氧基苯基聚硅氧烷红外谱图;

图6为实施例4得到的侧正丁氧基聚硅氧烷红外谱图;

图7为实施例5得到的可陶瓷化聚硅氧烷组合物热失重曲线图;

图8a~c依次为实施例5、对比例1、对比例2得到的可陶瓷化硅树脂实物图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

实施例中所采用的测试仪器及测试条件如下:

表1.实施例中所采用的测试仪器条件

设备名称 型号 生产厂家 测试条件/标准
傅里叶变换红外光谱仪 Alpha-T 德国Bruker公司 波数:4000~500cm<sup>-1</sup>
核磁共振仪 AV400 布鲁克公司 400MHz
热分析仪 Q50 美国TA公司 升温速率10℃/min
氧指数测定仪 JF-3 南京市江宁分析仪器 GB/T2406-1993
垂直燃烧仪 CFZ-6 南京市江宁分析仪器 GB/T2408-1996
电子万能材料 CMT4204 美特斯工业系统 GB/T1448-2005

实施例中采用化合物的来源:

表2.实施例中所采用的原料及来源

药品名称 规格 生产厂家
甲基含氢硅油 工业级 山东东岳有机硅材料股份有限公司
四甲基氢氧化铵 分析纯 上海麦克林生物试剂有限公司
甲醇 分析纯 北京化工厂
乙醇 分析纯 北京化工厂
正丁醇 分析纯 北京化工厂
氯铂酸 分析纯 上海阿拉丁生化科技股份有限公司
气相白炭黑 化学纯 上海阿拉丁生化科技股份有限公司
云母粉 化学纯 深圳市海扬粉体科技有限公司
碳化硼 分析纯 上海阿拉丁生化科技股份有限公司
硼酸锌 分析纯 北京化工厂
硅灰石 化学纯 深圳市海扬粉体科技有限公司
玻璃粉 化学纯 深圳市海扬粉体科技有限公司
钛酸丁酯 分析纯 天津市福晨化学试剂厂
二月桂酸二丁基锡 分析纯 上海阿拉丁生化科技股份有限公司
聚醚胺(D230) 工业级 上海如发化工科技有限公司
酸性阳离子交换树脂 化学纯 上海麦克林生物试剂有限公司
碱性阴离子交换树脂 化学纯 上海麦克林生物试剂有限公司

线性聚硅氧烷的制备

实施例1

一种侧基含甲氧基的聚硅氧烷(PMOS),原料及用量如下:硅氢官能团含量为1.6mol/100g的甲基含氢硅油100份,甲醇1024份,硅氢基团和甲醇官能团摩尔比为1:20,四甲基氢氧化铵0.1份,酸性阳离子交换树脂0.1份。

所述侧甲氧基聚硅氧烷的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照上述配比称取甲基含氢硅油、甲醇放于三口烧瓶中,搅拌;

(2)待甲基含氢硅油和甲醇充分混合后,缓慢滴加浓度为1wt%的四甲基氢氧化铵甲醇溶液,滴加速度为20滴/min,反应温度为10℃,反应5h;

(3)待体系内不产生气泡,并结合红外谱图确认含氢硅油的硅氢官能团特征峰消失,将1份酸性阳离子交换树脂作为中和催化剂投入体系,搅拌0.5h后过滤,得到清液;再采用减压蒸馏的方法将剩余的甲醇从体系中分离出来,存储待用,其余即为产品,其中减压蒸馏时温度为30℃,真空度为0.7MPa左右。

合成产物室温下为液态,对其进行红外表征(如图1),与甲基含氢硅油的红外谱图(图2)作对比,2671cm-1处的硅氢特征峰消失,2841cm-1处出现了明显的甲氧基振动峰,同时从核磁氢谱上看,含氢硅油(图4)的化学位移在4.7处为硅氢基团特征峰,合成产物PMOS(图3)4.7处的特征峰消失,在3.55处出现了甲氧基的特征峰。由此可见,采用无溶剂体系成功地将甲氧基团引入到聚硅氧烷侧链,得到了侧甲氧基聚硅氧烷(PMOS),其结构式为:

式中,m为500,n为0。

实施例2

一种侧基含甲氧基的聚硅氧烷(PMOS),原料及用量如下:硅氢官能团含量为1.6mol/100g的甲基含氢硅油100份,甲醇102.4份,硅氢基团和甲醇官能团摩尔比为1:2,四甲基氢氧化铵0.1份,酸性阳离子交换树脂0.1份,其中,所用甲醇为实施例1中分离得到的。所述侧甲氧基聚硅氧烷的制备方法同实施例1,经过表征,所得产物的结构与实施1中得到的产物相同。

实施例3

一种侧基含甲氧基、苯基的聚硅氧烷(PMOSS),原料及用量如下:硅氢官能团含量为0.75mol/100g的甲基含氢硅油100份,硅氢官能团含量为0.1mol/100g的苯基含氢硅油50份,甲醇68份,硅氢基团和甲醇官能团摩尔比为1:5,氯铂酸催化剂0.01份,碱性阴离子交换树脂0.01份。

所述侧甲氧基聚硅氧烷的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照上述配比称取甲基含氢硅油、苯基含氢硅油、甲醇放于三口烧瓶中,搅拌;

(2)待含氢硅油和乙醇充分混合后,缓慢滴加浓度为1wt%的氯铂酸-异丙醇溶液,滴加速度为10滴/min,反应温度为30℃,反应20h;

(3)待体系内不产生气泡,并结合红外谱图确认含氢硅油的硅氢官能团特征峰消失,将0.01份碱性阴离子交换树脂投入体系中和氯铂酸催化剂,搅拌0.5h后过滤,得到清液。再采用减压蒸馏的方法将剩余的甲醇从体系中分离出来,存储待用,其余即为产品,其中减压蒸馏时温度为30℃,真空度为0.7MPa左右。

合成产物常温下为液态,通过红外谱图表征(图5),其在2841cm-1处出现了甲氧基振动峰,在1492、1453、1406cm-1处出现了苯环特征峰,由此可以确定合成的产物中同时含有了甲氧基和苯环,即侧甲氧基苯基聚硅氧烷(PMOSS),其结构式如下:

式中,m为30,n为1000,p为30。

实施例4

一种侧基含正丁氧基的聚硅氧烷(PBOS),原料及用量如下:硅氢官能团含量为1mol/100g的甲基含氢硅油100份,正丁醇222份,硅氢基团和正丁醇官能团摩尔比为1:3,氢氧化钠0.1份,酸性阳离子交换树脂0.1份。

所述侧正丁氧基聚硅氧烷的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照上述配比称取甲基含氢硅油、正丁醇放于三口烧瓶中,搅拌;

(1)待甲基含氢硅油和正丁醇充分混合后,缓慢滴加浓度为1wt%的氢氧化钠-正丁醇溶液,滴加速度为5滴/min,反应温度为60℃,反应6h;

(3)待体系内不产生气泡,并结合红外谱图确认含氢硅油的硅氢官能团特征峰消失,将0.1份酸性阳离子交换树脂作为中和催化剂投入体系,搅拌0.5h后过滤,得到清液。再用旋蒸仪将剩余的正丁醇从体系中分离出来,存储待用,其余即为产品,旋蒸仪的油浴温度为50℃。

合成产物常温下为液态,呈无色透明状。经过红外谱图的表征(图6),在2873cm-1处出现了明显的丁醇基特征峰,确认了产物为侧正丁氧基聚硅氧烷(PBOS)。PBOS结构式为:

式中,m为25,n为78。

实施例1~4得到的线性聚硅氧烷密封后能稳定储存至少24个月,体系粘度无明显变化。

可陶瓷化聚硅氧烷组合物的制备

实施例5

一种可陶瓷化聚硅氧烷组合物,包括如下重量份的各组分:侧甲氧基聚硅氧烷:100份,云母粉:10份,硼酸锌:5份,气相二氧化硅:20份,碳化硼:15份,有机锡催化剂(二月桂酸二丁基锡):2份。

所述可陶瓷化聚硅氧烷组合物的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照上述配方称量实施例1中的侧甲氧基聚硅氧烷、云母粉、硼酸锌、气相二氧化硅、碳化硼、有机锡催化剂;

(2)将称量的侧甲氧基聚硅氧烷和有机锡催化剂混合,室温搅拌,使其充分混匀,边搅拌边分批加入称量好的气相二氧化硅、云母粉、硼酸锌和碳化硼;

(3)将充分混合的混合物静置,室温下,在相对湿度为100%的空气中约24h固化。

该可陶瓷化聚硅氧烷组合物的阻燃效果为UL-94V0级,且遇明火不燃。对其进行热失重性能表征,空气氛围下,其在650℃时体系残余物质量分数最小,约为92%,继续升高温度时,体系残余物的质量分数有所上升。将其置于马弗炉中800-1000℃煅烧0.5h后成瓷效果明显,质地坚硬,表面均匀无孔。因此,本发明提供的线性聚硅氧烷体系残留质量高,空气氛围中缓慢加热,体系质量先有下降,再升高,陶瓷体结构更紧致。(如图8(a))

实施例6

一种可陶瓷化聚硅氧烷组合物,包括如下重量份的各组分:侧甲氧基聚硅氧烷:100份,云母粉:45份,硅灰石:20份,玻璃粉:35份,气相二氧化硅:5份,碳化硼:5份,钛酸酯催化剂(钛酸丁酯):0.1份。

所述可陶瓷化聚硅氧烷组合物的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照配方称量实施例1中的侧甲氧基聚硅氧烷、云母粉、硅灰石、玻璃粉、碳化硼和气相二氧化硅;

(2)将称量的所述侧甲氧基聚硅氧烷与钛酸酯催化剂混合,室温开始搅拌,使其充分混匀,边搅拌边分批加入称量好的云母粉、硅灰石、玻璃粉、气相二氧化硅和碳化硼;

(3)将充分混合的混合物静置,室温下,在相对湿度为80%的空气中约30h固化。

该可陶瓷化聚硅氧烷组合物的阻燃效果为UL-94V0级,且遇明火不燃。将其置于马弗炉中800-1000℃煅烧0.5h后成瓷效果明显,质地坚硬,表面均匀无孔。

对比例1

一种可陶瓷化聚硅氧烷组合物,包括如下重量份的各组分:侧甲氧基聚硅氧烷:100份,云母粉:10份,硼酸锌:5份,气相二氧化硅:20份,有机锡催化剂(二月桂酸二丁基锡):2份。

所述可陶瓷化聚硅氧烷组合物的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照配方称量实施例1中的侧甲氧基聚硅氧烷、云母粉、硼酸锌、气相二氧化硅、有机锡催化剂;

(2)将称量的侧甲氧基聚硅氧烷和有机锡催化剂混合,室温搅拌,使其充分混匀,边搅拌边分批加入称量好的气相二氧化硅、云母粉、硼酸锌;

(3)将充分混合的混合物静置,室温下,在相对湿度为100%的空气中约24h固化。

该可陶瓷化聚硅氧烷组合物的阻燃效果为UL-94V0级,空气氛围中缓慢加热条件下,其持续缓慢失重。将其置于马弗炉中800~1000℃煅烧0.5h后有明显成瓷效果,但表面有褶皱(如图8(b))。

对比例2

一种可陶瓷化聚硅氧烷组合物,包括如下重量份的各组分:侧甲氧基聚硅氧烷:100份,云母粉:45份,硅灰石:20,玻璃粉:35份,碳化硼:5,钛酸丁酯催化剂:0.1份。

所述可陶瓷化聚硅氧烷组合物的制备方法,包括如下步骤:

(1)按照配方称量实施例1中的侧甲氧基聚硅氧烷、云母粉、硅灰石、玻璃粉和碳化硼;

(2)将称量的所述侧乙氧基聚硅氧烷与催化剂混合,室温开始搅拌,使其充分混匀,边搅拌边分批加入称量好的云母粉、硅灰石、玻璃粉、碳化硼;

(3)将充分混合的混合物静置,室温下,在相对湿度为80%的空气中约30h固化。

该可陶瓷化硅树脂组合物固化后有明显分层,上下底面有明显不同,将其置于马弗炉中800~1000℃煅烧0.5h后样条有较大弯曲,且上下底面呈不同颜色和性态(如图8(c))。

对比例3陶瓷化硅橡胶

华南理工大学硕士论文《陶瓷化硅橡胶的制备、结构与性能研究》中研究了陶瓷化硅橡胶煅烧后得到的陶瓷体的力学性能,其三点弯曲强度最高仅为21.2MPa,压缩强度最高仅为6MPa。

表3.实施例5~6和对比例1~2煅烧后得到的陶瓷体力学性能测试结果

实施例5 实施例6 对比例1 对比例2 对比例3
三点弯曲强度/MPa 53 57 40 38 21.2
压缩强度/MPa 66 72 46 50 6

将实施例5和对比例1制备的可陶瓷化聚硅氧烷组合物进行对比,实施例5组合物成分中加入了碳化硼,可以使得可陶瓷化聚硅氧烷组合物成瓷后表面更平整;将实施例6和对比例2制备的可陶瓷化聚硅氧烷组合物进行对比,实施例6中加入了气相二氧化硅,得到的固化物更均匀、不分层,高温煅烧后不发生弯曲(如图8)。相比于对比例1、2和3,实施例5和6的压缩强度和三点弯曲强度有很大提升(见表3)。

采用实施例1制备的PMOS加入不同配比的辛酸亚锡和D230,固化温度设为20℃,然后观察其表干时间、72h的表层情况以及测试7天的固化深度,具体数据如表4中所示。

表4.加入催化剂的PMOS表干时间

从表4结果可以看出,采用辛酸亚锡和聚醚胺复配时,PMOS表干时间明显缩短40~60%。

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