CN118165498A - 一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体及其制备方法，属于有机高分子领域，其中，该弹性体组成按重量份数比为：聚氨酯118‑123，硅橡胶79‑81，白炭黑19‑21，增容剂2‑3，硫化剂DBPH 2‑3。其中，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯，其制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得。其制备方法包括以下步骤，混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混一段时间，然后加入相应比例硫化剂，进行动态硫化，使用双螺杆挤出机挤出即可。本发明通过优化成分的设计，结合工艺的改进，获得的硅橡胶热塑性弹性体各组分相容性良好，最大拉伸强度提高了50％以上。
Description
技术领域
本申请涉及一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体及其制备方法，属于有机高分子领域。
背景技术
热塑性弹性体热塑性弹性体(TPE)是新型高分子合成材料，是一种在常温下具有与硫化橡胶性质相似、温度升高后与热塑性树脂性质相同，可进行成型或再成型加工的聚合物或聚合物并用物制成的弹性体。TPE这种兼具橡胶和塑料性质的特性源于其独特的链段结构，即同时存在由化学键组成的橡胶段(软段)和树脂段(硬段)。合适长度的硬段和软段以适当的次序和方式联接起来。前者为高弹性链段，贡献弹性；后者间相互作用凝聚成微区(如拮晶微区、离子微区等)，起着分子间化学或物理交联点的作用，这种交联随温度变化呈现可逆变化，当温度升高至某个温度时，这种交联消失；而当冷却到室温时，这种交联又起到了与硫化橡胶交联键类似的作用；而当温度上升至超过硬段的玻璃化转变温度或结晶熔点时，硬段软化或熔融，交联网络结构被破坏，聚合物呈现出塑性。与传统硫化橡胶相比，一方面，热塑性弹性体的生产过程不需硫化，其工业生产流程大为缩短，很大程度上实现节能的目的；另一方面，TPE加工时具有塑料加工特性，这从根本上解决传统热固性橡胶难以回收再利用的问题，具有很大的潜在经济和社会效益。
按制备方法的区别而言，热塑性弹性体主要分为化学合成型热塑性弹性体和橡塑共混型热塑性弹性体两大类，化学合成型是以聚合物的形态单独出现，存在主链共聚，枝节共聚和离子聚合等方式，橡塑共混主要是橡胶与树脂的共混物。
世界上已工业化生产的热塑性弹性体多种多样，但是其中存在压缩永久变形较高的缺陷，例如，普通软质的PVC永久压缩变形为65％以上，进行了改进的TPVC的永久压缩变形率也在25％以上，硅橡胶/聚氨酯动态硫化热塑性弹性体(TPV)存在较好的力学性能，高温下具有流动性好，弹性优良的性能，同时其挤出容易，表面摩擦系数较低，无毒无害并且具有较好的触感，因此，具有较好的应用前景，但是，由于硅橡胶与聚氨酯的热动力学上属于不相容体系，其共混物易于相分离，这会导致较差的性能，现有技术中通常添加增容剂的方式进行增容。
CN102690479A公开了一种聚酰胺/乙烯醋酸乙烯酯橡胶热塑性弹性体及其制备方法，乙烯醋酸乙烯酯橡胶与聚酰胺、相容剂及交联剂组成，在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，在一定的混炼温度下，将相容剂加入到聚酰胺/乙烯醋酸乙烯酯橡胶共混物中改善聚酰胺与乙烯醋酸乙烯酯橡胶的共混相容性，在剪切的同时，过氧化物交联剂对乙烯醋酸乙烯酯橡胶进行硫化，共混物发生相反转，由聚酰胺分散于橡胶连续相转变为交联的微米级橡胶粒子分散于聚酰胺连续相的形貌，得到高橡胶含量高性能的聚酰胺/乙烯醋酸乙烯酯橡胶共混型热塑性弹性体。该方法并未取得较好的永久变形率，其相容剂效果不达标。
CN117247669A公开了一种纳米二氧化硅增容硅橡胶/热塑性聚氨酯共混弹性体及其制备方法。采用由含双键的硅烷偶联剂原位改性的纳米二氧化硅作为补强及增容材料。通过二氧化硅表面的双键提高复合材料的交联密度，增加两者的相容性，进而改善其力学性能。其成本较高，且纳米颗粒会影响材料的强度。
综上，现有增容剂存在成本高，不环保，有毒性或最终产品永久压缩变形比高等缺点，因此，如何获得低成本，且环保，同时具有良好性能的各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体是需要解决的问题。
发明内容
本发明通过优化成分的设计，结合工艺的改进，获得的硅橡胶热塑性弹性体各组分相容性良好，最大拉伸强度提高了50％以上。
具体而言：本发明提供一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯118-123，硅橡胶79-81，白炭黑19-21，增容剂2-3，硫化剂DBPH 2-3。
其中，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯，其制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得。
该硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混一段时间，然后加入相应比例硫化剂，进行动态硫化，使用双螺杆挤出机挤出即可。
其中，共混温度180-220℃，共混9-12分钟。
其中，动态硫化温度135-150℃，硫化时间3-60分钟。
其中，使用双螺杆挤出机挤出温度为170-180℃。
本发明创新性的发现了单硬脂酸山梨醇酐酯能够活化硅橡胶与聚氨酯的界面，降低界面张力，增强界面结合力，使得原本微观不相溶的硅橡胶和聚氨酯界面张力减小，提高了相分散的程度和分散的均匀性，从而形成了稳定的形态结构。
本发明获得的硅橡胶热塑性弹性体最大拉伸强度提高了50％以上，永久压缩变形率下降到了20-30％之间。
具体实施方式
实施例1
一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯120，硅橡胶80，白炭黑20，单硬脂酸山梨醇酐酯3，硫化剂DBPH 3。
其中，单硬脂酸山梨醇酐酯的制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯。
该硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，200℃混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混10分钟，然后加入相应比例硫化剂，140℃下进行动态硫化10分钟，使用双螺杆挤出机180℃下挤出即可。
经测量，所制得硅橡胶热塑性弹性体拉伸强度为12.6MPa，永久压缩变形率26％。
实施例2
一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯120，硅橡胶80，白炭黑20，单硬脂酸山梨醇酐酯2，硫化剂DBPH 3。
其中，单硬脂酸山梨醇酐酯的制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯。
该硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，200℃混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混10分钟，然后加入相应比例硫化剂，140℃下进行动态硫化10分钟，使用双螺杆挤出机180℃下挤出即可。
经测量，所制得硅橡胶热塑性弹性体拉伸强度为13MPa，永久压缩变形率24％。
实施例3
一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯120，硅橡胶80，白炭黑20，单硬脂酸山梨醇酐酯2.5，硫化剂DBPH 3。
其中，单硬脂酸山梨醇酐酯的制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯。
该硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，200℃混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混10分钟，然后加入相应比例硫化剂，140℃下进行动态硫化10分钟，使用双螺杆挤出机180℃下挤出即可。
经测量，所制得硅橡胶热塑性弹性体拉伸强度为14MPa，永久压缩变形率22％。
对比例1
一种硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯120，硅橡胶80，白炭黑20，硫化剂DBPH 3。
该硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，200℃混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，共混10分钟，然后加入相应比例硫化剂，140℃下进行动态硫化10分钟，使用双螺杆挤出机180℃下挤出即可。
经测量，所制得硅橡胶热塑性弹性体拉伸强度为8MPa，永久压缩变形率46％。
对比例2
一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯120，硅橡胶80，白炭黑20，单硬脂酸山梨醇酐酯4，硫化剂DBPH 3。
其中，单硬脂酸山梨醇酐酯的制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯。
该硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，200℃混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混10分钟，然后加入相应比例硫化剂，140℃下进行动态硫化10分钟，使用双螺杆挤出机180℃下挤出即可。
经测量，所制得硅橡胶热塑性弹性体拉伸强度为11MPa，永久压缩变形率31％。
最大拉伸强度，按照GB/T1040-1992测定。
永久压缩变形，按照GB/T 1683-1981标准测试。
由上述实施例可以看出，本发明添加了特定量的增容剂获得了较好的技术效果，不添加增容剂显然强度和抗压缩性能不够，而如果添加较多的增容剂会导致团聚等不良反应，反而会影响性能。因此，本发明制得的各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体无毒无害，具有较好的性能，且成本低廉，适用于笔记本电脑，耳机以及各种手机外壳或者汽车内饰等产品。
本发明说明书以上公开的实施方式均为示例性的，保护范围以权利要求书为准，在以上示例性的实施方式的基础上，采用同等替换的或等效变换形成的技术方案，均应落入本发明要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其组成按重量份数比为：
聚氨酯118-123，硅橡胶79-81，白炭黑19-21，增容剂2-3，硫化剂DBPH 2-3。
2.如权利要求1所述的各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体，其中，增容剂为单硬脂酸山梨醇酐酯，其制备工艺为由食用工业硬脂酸与山梨酸酐反应制得。
3.如权利要求1-2所述的各组分相容性良好的硅橡胶热塑性弹性体的制备方法，包括以下步骤，混合聚氨酯和硅橡胶，白炭黑，增容剂，共混一段时间，然后加入相应比例硫化剂，进行动态硫化，使用双螺杆挤出机挤出即可。
4.如权利要求3所述的制备方法，其中，共混温度180-220℃，共混9-12分钟。
5.如权利要求3所述的制备方法，其中，动态硫化温度135-150℃，硫化时间3-60分钟。
6.如权利要求3所述的制备方法，其中，使用双螺杆挤出机挤出温度为170-180℃。
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