CN112266733A - 一种耐高温单组分硅酮灌封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及胶黏剂技术领域，提供一种耐高温单组分硅酮灌封胶及其制备方法。所述耐高温单组分硅酮灌封胶包括下列组分及其质量分数：α‑ω‑二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）35.0%‑70.0%、增塑剂10.0%‑30.0%、耐热添加剂1.0%‑5.0%、补强材料5.0%‑30.0%、交联剂3.0%‑7.0%，深层固化助剂0.5%‑1.5%和催化剂0.1%‑1.0%。本发明解决了现有脱丙酮型室温硫化氟硅密封剂产品粘度比较高不符合灌封工艺的使用要求、造价成本高的问题。

Description

一种耐高温单组分硅酮灌封胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及胶黏剂技术领域，尤其涉及一种耐高温单组分硅酮灌封胶及其制备方法。

背景技术

电加热管以专门将电能转化为热能的电器元件，运用适用于各种硝石槽、水槽、油槽、酸碱槽、易熔金属熔化炉、空气加热炉、干燥炉、干燥箱、热压模等装置。其与传统加热相比无污染，安装方便，使用方便，价格便宜，属于环保绿色生产。电加热将是未来工业加热的主流方式，这也为电加热管开启了巨大的市场需求之门，于是为用于电加热管加热丝头部绝缘灌封的灌封胶提供了巨大的商机。电加热管通常采用硅酮灌封胶或无机胶液进行灌封，其中硅酮灌封胶以方便使用和成本优势而成了首选。

目前市场上的硅酮灌封胶以脱醇型、脱酮肟型和脱酸型等反应类型居多，且基本上采用双组分使用的形式，需要配套相应的自动混胶设备和较大的场地需求，使其使用普及性受到一定的限制。室温硫化单组分硅酮灌封胶无需混合，可以同时满足手工操作和机器自动化操作，但因其由表及里的交联反应的特性，对固化深度提出较高要求，通常仅适用用于灌封深度不超过3mm的浅层灌封，这在一定程度上限制了室温硫化单组分硅酮灌封胶的使用推广。

此外，根据相关研究表明，相较于脱醇型、脱酮肟型和脱酸型等硅酮密封胶，脱丙酮型体系硅酮密封胶具有最好的耐热老化性能。如专利CN 110819297公开了一种室温快速硫化缩合型导热阻燃型灌封胶及其制备方法，该专利重点提高了灌封胶的阻燃性和导热性，在电子工业尤其是集成电路的阻燃灌封领域具有很好的应用前景。专利CN 110499140A 公开了一种脱丙酮型室温硫化氟硅密封剂及其制备方法，该专利具有突出的力学性能和出色的耐热老化性能，其主要应用于飞机油箱密封及修补。但是，其产品粘度比较高不符合灌封工艺的使用要求，同时其采用的是高成本的氟硅橡胶，为下游客户带来很大的成本压力。因此，本发明拟提供的一种耐高温单组分硅酮灌封胶及其制备方法，它具有操作方便、流动性好、深度固化性好和耐温性好等特性，能够很好的满足灌封工艺的使用要求，在电加热管灌封、高温电子电器灌封等汽车、电子等工业领域具有良好的市场应用前景。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提供一种耐高温单组分硅酮灌封胶及其制备方法，本发明的耐高温单组分硅酮灌封胶采用脱丙酮室温硫化反应体系，制备一款具有操作方便、流动性好、深度固化性好和耐温性好等特性的灌封胶产品，满足电加热管灌封、高温电子电器灌封以及其他有耐温要求的灌封应用要求。

为解决此技术问题，本发明采取以下方案：一种耐高温单组分硅酮灌封胶，按照质量百分比由以下各原材料组份组成：

α-ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶） 35.0%-70.0%

增塑剂 10.0%-30.0%

耐热添加剂 1.0%-5.0%

补强材料 5.0%-30.0%

交联剂 3.0%-7.0%

深层固化助剂 0.5%-1.5%

催化剂 0.1%-1.0%。

进一步的，所述α-ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）为25℃下粘度1500cps,5000cps，20000cps的107硅橡胶中的一种或其混合物。

进一步的，所述增塑剂为25℃下粘度50cps，100cps和350cps的二甲基硅油中的一种或其混合物。

进一步的，所述耐热添加剂为三氧化二铁、氧化铈、纳米二氧化钛、可溶性金属有机硅化合物中的一种或其混合物。

进一步的，所述补强材料为活性纳米碳酸钙、碳酸钙、硅微粉和气相二氧化硅中的一种或其混合物。

进一步的，所述交联剂为甲基三丙烯氧基硅烷、乙烯基三丙烯氧基硅烷、苯基三丙烯氧基硅烷中的一种或其混合物。

进一步的，所述深层固化助剂为二甲基二丙烯氧基硅烷、甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。

进一步的，所述催化剂为四甲基胍丙基三甲氧基硅烷。

上述任一项耐高温单组分硅酮灌封胶的制备方法，包括如下步骤：

（1）基胶制备：首先，进行分散脱水工序，将107硅橡胶和补强材料按（45.0-90.0）:（10.0-55.0）（重量比）投入捏合机中，加热并抽真空搅拌分散，其中物料温度控制在120℃，真空度达到-0.1MPa，持续时间为2.0-2.5小时，其次，进行三辊研磨工序，将完成分散脱水的物料冷却到室温，进行三辊研磨，将粒径控制在40um以下，密封存放，待用；

（2）将基胶、增塑剂、耐热添加剂按配方比例投加到动力混合搅拌釜中，抽真空搅拌混合均匀；

（3）在步骤（2）基础上，按配方比例投入相应的交联剂，抽真空搅拌混合均匀；

（4）在步骤（3）基础上，按配方比例投入深层固化助剂和催化剂，抽真空搅拌混合均匀；

（5）灌装密封，制得耐高温单组分硅酮灌封胶。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：采用脱丙酮型反应体系，将107硅橡胶和补强材料捏合再结合交联剂和催化剂，交联剂和催化剂在体系中的作用在于通过发生缩合反应形成Si-O键，将硅橡胶分子链彼此交联形成立体网状结构，提高灌封胶的强度，同时形成的高键能Si-O也有助于抑制高温分解程度，提高灌封胶的耐温性, 补强材料在体系中的作用在于到提高本体强度、提高灌封胶的耐温性,并通过采用高效耐热添加剂和深层固化助剂制得一种耐高温单组分硅酮灌封胶，高效耐热添加剂在体系中的作用在于抑制硅橡胶在高温下发生分子链断裂、分解，导致强度下降，有助于提高灌封胶的耐温性, 深层固化助剂在体系中的作用在于改善胶层的深度固化性能，提高灌封胶的固化完整性，有效改善胶层的强度，提高灌封胶的耐温性本发明制得的耐高温单组分硅酮灌封胶具有流动性好、耐热性好，深度固化性好等特性，可用于电加热管灌封、高温电子电器灌封以及其他有耐温要求的灌封场合。

具体实施方式

现结合具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例1：

基胶H制备：

基胶H配方：107(5000cps)硅橡胶：2.5Kg；107（20000cps）：1.5Kg，气相二氧化硅LM-150：1.0Kg

基胶H制备工艺：a、设定油温150℃，料温120℃，加热升温。B、将5000cps和20000cps107硅橡胶按配方重量投入到捏合机中， 捏合分散10-15min；c、按配方重量将气相二氧化硅LM-150投入到捏合机中，捏合分散30min；d、清理捏合机壁上的气相二氧化硅粉末，锁紧捏合机釜盖，开启真空，捏合搅拌,待料温升到120℃，开始计时，抽真空捏合分散2小时，完成脱水分散过程；e、将完成脱水分散的基胶从捏合机中转移至中转桶，冷却到室温后，进行三辊研磨，制得基胶H，密封存放，待用。

灌封胶配方组成：

基胶H：1000g； 107（5000cps）硅橡胶：500g；二甲基硅油（100cps）:300g；三氧化二铁：70g；乙烯基三丙烯氧基硅烷：60g；甲基三丙烯氧基硅烷：40g；二甲基二丙烯氧基硅烷：20g；四甲基胍丙基三甲氧基硅烷10g。

灌封胶制备工艺：

a、将基胶H、107（5000cps）硅橡胶和三氧化二铁按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散15-20min；b、将二甲基硅油（100cps）按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散5-10min；c、将乙烯基三丙烯氧基硅烷和甲基三丙烯氧基硅烷按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散20-25min；d、将二甲基二丙烯氧基硅烷和四甲基胍丙基三甲氧基硅烷按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散30-35min；e、将制得的半成品密封分装到300ml硅胶管内，制得耐高温单组分硅酮灌封胶，待测试。

灌封胶性能测试：

a、基本物性测试：参照GB/T13477，GB/T-528和GB/T531进行相关测试；

b、耐温性测试：将灌封胶灌到加热管头部，静置固化24小时后，测试其耐温性。

具体测试结果见表1。

实施例2：

灌封胶配方组成：

基胶H：1000g； 107（5000cps）硅橡胶：450g；二甲基硅油（350cps）:300g；可溶性金属有机硅化合物：105g；纳米二氧化钛：15g；乙烯基三丙烯氧基硅烷：60g；苯基三丙烯氧基硅烷：40g；甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷：10g；四甲基胍丙基三甲氧基硅烷20g。

灌封胶制备工艺：

a、将基胶H、107（5000cps）硅橡胶、可溶性金属有机硅化合物和纳米二氧化钛按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散15-20min；b、将二甲基硅油（350cps）按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散5-10min；c、将乙烯基三丙烯氧基硅烷和苯基三丙烯氧基硅烷按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散20-25min；d、将甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷和四甲基胍丙基三甲氧基硅烷按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散30-35min；e、将制得的半成品密封分装到300ml硅胶管内，制得耐高温单组分硅酮灌封胶，待测试。

灌封胶性能测试：

a、基本物性测试：参照GB/T13477，GB/T-528和GB/T531进行相关测试；

b、耐温性测试：将灌封胶灌到加热管头部，静置固化24小时后，测试其耐温性。

具体测试结果见表1。

实施例3：

基胶L制备：

基胶L配方：107(5000cps)硅橡胶：1.5Kg；107（20000cps）：1.5Kg，气相二氧化硅LM-150：1.0Kg，纳米碳酸钙：1.0Kg

基胶L制备工艺：a、设定油温150℃，料温120℃，加热升温。B、将5000cps和20000cps107硅橡胶按配方重量投入到捏合机中， 捏合分散10-15min；c、按配方重量将纳米碳酸钙和气相二氧化硅LM-150投入到捏合机中，捏合分散30min；d、清理捏合机壁上的气相二氧化硅粉末，锁紧捏合机釜盖，开启真空，捏合搅拌,待料温升到120℃，开始计时，抽真空捏合分散2小时，完成脱水分散过程；e、将完成脱水分散的基胶从捏合机中转移至中转桶，冷却到室温后，进行三辊研磨，制得基胶B，密封存放，待用。

灌封胶配方组成：

基胶L：1000g； 107（1500cps）硅橡胶：450g； 二甲基硅油（100cps）:300g；三氧化二铁：70g；氧化铈：50g；乙烯基三丙烯氧基硅烷：62g；甲基三丙烯氧基硅烷：42g；γ-氨丙基三乙氧基硅烷：8g；甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷：10；四甲基胍丙基三甲氧基硅烷6g。

灌封胶制备工艺：

a、将基胶L、107（1500cps）硅橡胶、三氧化二铁和氧化铈按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散15-20min；b、将二甲基硅油（100cps）按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散5-10min；c、将乙烯基三丙烯氧基硅烷和甲基三丙烯氧基硅烷按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散20-25min；d、将γ-氨丙基三乙氧基硅烷，甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷和四甲基胍丙基三甲氧基硅烷按配方重量投入到动力混合搅拌机中，抽真空分散30-35min；e、将制得的半成品密封分装到300ml硅胶管内，制得耐高温单组分硅酮灌封胶，待测试。

灌封胶性能测试：

a、基本物性测试：参照GB/T13477，GB/T-528和GB/T531进行相关测试；

b、耐温性测试：将灌封胶灌到加热管头部，静置固化24小时后，测试其耐温性。

具体测试结果见表1。

表1 实施例性能测试结果

本发明中各原料组份的重量百分配比以以下配比为宜：α-ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）35.0%-70.0%、增塑剂10.0%-30.0%、耐热添加剂1.0%-5.0%、补强材料5.0%-30.0%、交联剂3.0%-7.0%，深层固化助剂0.5%-1.5%和催化剂0.1%-1.0%。

其中α-ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）还可为25℃下粘度1500cps,5000cps，20000cps的107硅橡胶中的一种或其混合物；增塑剂还可为25℃下粘度50cps，100cps和350cps的二甲基硅油中的一种或其混合物；耐热添加剂还可为三氧化二铁、氧化铈、纳米二氧化钛、可溶性金属有机硅化合物中的一种或其混合物；补强材料还可为活性纳米碳酸钙、碳酸钙、硅微粉和气相二氧化硅中的一种或其混合物；交联剂还可为甲基三丙烯氧基硅烷、乙烯基三丙烯氧基硅烷、苯基三丙烯氧基硅烷中的一种或其混合物；深层固化助剂还可为二甲基二丙烯氧基硅烷、甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。

本发明采用脱丙酮型反应体系，将107硅橡胶和补强材料捏合再结合交联剂和催化剂，交联剂和催化剂在体系中的作用在于通过发生缩合反应形成Si-O键，将硅橡胶分子链彼此交联形成立体网状结构，提高灌封胶的强度，同时形成的高键能Si-O也有助于抑制高温分解程度，提高灌封胶的耐温性, 补强材料在体系中的作用在于到提高本体强度、提高灌封胶的耐温性,并通过采用高效耐热添加剂和深层固化助剂制得一种耐高温单组分硅酮灌封胶，高效耐热添加剂在体系中的作用在于抑制硅橡胶在高温下发生分子链断裂、分解，导致强度下降，有助于提高灌封胶的耐温性, 深层固化助剂在体系中的作用在于改善胶层的深度固化性能，提高灌封胶的固化完整性，有效改善胶层的强度，提高灌封胶的耐温性本发明制得的耐高温单组分硅酮灌封胶具有流动性好、耐热性好，深度固化性好等特性，可用于电加热管灌封、高温电子电器灌封以及其他有耐温要求的灌封场合。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于：按照质量百分比由以下各原材料组份组成：

α-ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶） 35.0%-70.0%

增塑剂 10.0%-30.0%

耐热添加剂 1.0%-5.0%

补强材料 5.0%-30.0%

交联剂 3.0%-7.0%

深层固化助剂 0.5%-1.5%

催化剂 0.1%-1.0%。

2.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述α-ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶）为25℃下粘度1500cps,5000cps，20000cps的107硅橡胶中的一种或其混合物。

3.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述增塑剂为25℃下粘度50cps，100cps和350cps的二甲基硅油中的一种或其混合物。

4.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述耐热添加剂为三氧化二铁、氧化铈、纳米二氧化钛、可溶性金属有机硅化合物中的一种或其混合物。

5.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述补强材料为活性纳米碳酸钙、碳酸钙、硅微粉和气相二氧化硅中的一种或其混合物。

6.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述交联剂为甲基三丙烯氧基硅烷、乙烯基三丙烯氧基硅烷、苯基三丙烯氧基硅烷中的一种或其混合物。

7.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述深层固化助剂为二甲基二丙烯氧基硅烷、甲基乙烯基二丙烯氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或其混合物。

8.根据权利要求1所述的耐高温单组分硅酮灌封胶，其特征在于，所述催化剂为四甲基胍丙基三甲氧基硅烷。

9.权利要求1-8任一项所述的耐高温单组分硅酮灌封胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）基胶制备：首先，进行分散脱水工序，将107硅橡胶和补强材料按（45.0-90.0）:（10.0-55.0）（重量比）投入捏合机中，加热并抽真空搅拌分散，其中物料温度控制在120℃，真空度达到-0.1MPa，持续时间为2.0-2.5小时，其次，进行三辊研磨工序，将完成分散脱水的物料冷却到室温，进行三辊研磨，将粒径控制在40um以下，密封存放，待用；

（2）将基胶、增塑剂、耐热添加剂按配方比例投加到动力混合搅拌釜中，抽真空搅拌混合均匀；

（3）在步骤（2）基础上，按配方比例投入相应的交联剂，抽真空搅拌混合均匀；

（4）在步骤（3）基础上，按配方比例投入深层固化助剂和催化剂，抽真空搅拌混合均匀；

（5）灌装密封，制得耐高温单组分硅酮灌封胶。