一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于有機(jī)硅彈性體領(lǐng)域，公開(kāi)了一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體及其制備方法與應(yīng)用。該有機(jī)硅彈性體通過(guò)有機(jī)硅氧烷單體在復(fù)合表面活性劑和催化劑作用下，聚合得到線性聚硅氧烷乳液，再依次加入交聯(lián)劑和補(bǔ)強(qiáng)劑反應(yīng)得到有機(jī)硅彈性體乳液，將乳液涂覆于基質(zhì)上干燥成型即可得到有機(jī)硅彈性體。本發(fā)明的有機(jī)硅彈性體通過(guò)水乳液聚合法制備并采用相容性好的硅溶膠作為補(bǔ)強(qiáng)劑，具有流動(dòng)性好、涂覆方便和機(jī)械性能良好的優(yōu)點(diǎn)，所得有機(jī)硅彈性體可作為防水涂料、織物涂層、膠粘劑、膩?zhàn)踊蛘呙芊鈩┦褂谩?br> 【專(zhuān)利說(shuō)明】一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)硅彈性體領(lǐng)域，具體涉及一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]聚硅氧烷是一類(lèi)常用的化工產(chǎn)品，由于聚硅氧烷分子既含有無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)，又含有有機(jī)基團(tuán)，這種集無(wú)機(jī)物與有機(jī)物的特性于一身的分子特性，使得聚硅氧烷彈性體呈現(xiàn)出優(yōu)異的潤(rùn)滑性、疏水性、良好的柔順性、極佳的透氣性、防潮和優(yōu)異生理惰性等。在聚硅氧烷產(chǎn)品居主導(dǎo)地位的是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，特別是其室溫硫化彈性體具有良好的彈性、耐高低溫性能、耐候性能及化學(xué)穩(wěn)定性，因在室溫常壓下即固化而成彈性體而使用方便，已作為膠黏劑和密封劑在建筑、電子電氣、機(jī)械、汽車(chē)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
[0003]但是，傳統(tǒng)型的室溫硫化硅彈性體存在以下缺點(diǎn):接觸硅橡膠的手及器具難以用水清洗；難以按給定形狀進(jìn)行處理和放置；不能涂漆；不粘附濕基材；在使用過(guò)程中有時(shí)會(huì)放出難聞氣味，因而限制了它在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)的有機(jī)硅公司相繼開(kāi)發(fā)了水基硅彈性體及水基硅彈性體微粉。水基硅彈性體的性能既可與傳統(tǒng)的RTV硅彈性體相媲美，又克服了傳統(tǒng)RTV硅彈性體的缺點(diǎn)，其本質(zhì)是由有機(jī)硅乳液經(jīng)交聯(lián)、干燥而得，因此具有良好的流動(dòng)性，且乳液的固含量可根據(jù)需要調(diào)整，可作為防水涂料、織物涂層、膠粘劑、膩?zhàn)?、密封劑使用，因此被認(rèn)為是RTV硅橡膠的發(fā)展或者革新。再者，聚硅氧烷彈性體的機(jī)械 性能較差，常需加入二氧化硅(Si02)、沸石、聚倍半硅氧烷、碳納米管、白炭黑等填料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。氣相法二氧化硅常被用作非水基PDMS的補(bǔ)強(qiáng)填料；而對(duì)于水基聚硅氧烷，因其界面相容性差、黏度上升較快、添加量小而難以應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法。
[0005]本發(fā)明另一目的在于提供一種由上述制備方法制備而成的硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體。
[0006]本發(fā)明的再一目的在于提供上述硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體在防水涂料、織物涂層、膠粘劑、膩?zhàn)?、密封劑中的?yīng)用。該硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體具有易成膜、易涂覆，機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，具體包括以下步驟:
[0009](I)將2~4質(zhì)量份的復(fù)合表面活性劑和0.5~1.5質(zhì)量份的催化劑溶于水中，加入30質(zhì)量份的有機(jī)硅氧烷單體得到混合物料，將該混合物料經(jīng)過(guò)剪切乳化，高壓均質(zhì)后在60~70°C下恒溫反應(yīng)5~7h，得到線性聚硅氧烷乳液；
[0010](2)將步驟(1)的線性聚硅氧烷乳液降溫至55~60°C，加入0.5~1.5質(zhì)量份的硅溶膠和1.5~2.5質(zhì)量份的交聯(lián)劑，在50~60°C下繼續(xù)反應(yīng)2~4h，即得到有機(jī)硅彈性體乳液；
[0011](3)將步驟(2)得到的有機(jī)硅彈性體乳液涂覆于基材上干燥成型，得到水基有機(jī)硅彈性體。
[0012]步驟(1) 中所述水的用量可以調(diào)節(jié)有機(jī)硅凝膠乳液的粘度和固含量，當(dāng)所用水的量為62~67質(zhì)量份時(shí)乳液粘度和固含量較適中，具有較好的流動(dòng)性和干燥成型時(shí)間。
[0013]步驟(1)中所述剪切乳化和高壓均質(zhì)的目的是使有機(jī)硅氧烷單體在乳化劑的作用下分散均勻并使乳液達(dá)到一定的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。當(dāng)剪切速率為800~10000轉(zhuǎn)/分鐘，剪切乳化時(shí)間為10分鐘，均質(zhì)壓力為20~40MPa時(shí)，能得到較好的線性聚硅氧烷乳液。
[0014]步驟(1)中所述的復(fù)合表面活性劑為陽(yáng)離子表面活性劑與非離子表面活性劑的復(fù)配，陽(yáng)離子表面活性劑與非離子表面活性劑的質(zhì)量比優(yōu)選為1:1至3:1。所述陽(yáng)離子表面活性劑優(yōu)選為烷基三甲基季銨鹽、二烷基二甲基季銨鹽、芐基烷基二甲基季銨鹽、單烷基季銨鹽、烷基聚氧乙烯基甲基季銨鹽、N-烷基二乙醇胺鹽、聚乙烯多胺鹽、吡啶鹽中的至少一種，其中烷基是指C12~C18的長(zhǎng)鏈烷基，更優(yōu)選地，陽(yáng)離子表面活性劑為十八烷基三甲基氯化銨或者十六烷基三甲基氯化銨中的至少一種。所述非離子表面活性劑優(yōu)選為異構(gòu)醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚、三甲基壬醇聚氧乙烯醚、甘油單酸硬脂酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸脂、聚甘油脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯硬化蓖麻油脂肪酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇單硬脂酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇單油酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇三硬脂酸聚氧乙烯醚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚以及適應(yīng)于水包油體系的有機(jī)硅非離子表面活性劑中的至少一種。更優(yōu)選地，非離子表面活性劑為異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚或者商品牌號(hào)為Xiameteru ofx-oi93聚醚改性硅油中的至少一種。
[0015]步驟(1)中所述催化劑是指能催化有機(jī)硅氧烷單體發(fā)生聚合的堿性化合物及其水溶液，如氫氧化鈉或其水溶液、氫氧化鉀或其水溶液、氫氧化鋰或其水溶液、氫氧化鈣或其水溶液、氫氧化銨或其水溶液。
[0016]步驟(1)中所述的有機(jī)硅氧烷單體為有機(jī)環(huán)硅氧烷中的一種，所述有機(jī)環(huán)硅氧烷具有如下通式(I)所示的結(jié)構(gòu):
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將2~4質(zhì)量份的復(fù)合表面活性劑和0.5~1.5質(zhì)量份的催化劑溶于水中，加入30質(zhì)量份的有機(jī)硅氧烷單體得到混合物料，將該混合物料經(jīng)過(guò)剪切乳化，高壓均質(zhì)后在60~70°C下恒溫反應(yīng)5~7h，得到線性聚硅氧烷乳液； (2)將步驟(1)的線性聚硅氧烷乳液降溫至55~60°C，加入0.5~1.5質(zhì)量份的硅溶膠和1.5~2.5質(zhì)量份的交聯(lián)劑，在50~60°C下繼續(xù)反應(yīng)2~4h，得到有機(jī)硅彈性體乳液； (3)將步驟(2)得到的有機(jī)硅彈性體乳液涂覆于基材上干燥成型，得到水基有機(jī)硅彈性體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述水的用量為62~67質(zhì)量份；所述剪切乳化是指在剪切速率為800~10000轉(zhuǎn)/分鐘的條件下剪切乳化10分鐘；所述高壓均質(zhì)是指在20~40MPa壓力下均質(zhì)I~3次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述復(fù)合表面活性劑為陽(yáng)離子表面活性劑與非離子表面活性劑的復(fù)配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:所述陽(yáng)離子表面活性劑與非離子表面活性劑的質(zhì)量比為1:1至3:1，所述陽(yáng)離子表面活性劑為烷基三甲基季銨鹽、二烷基二甲基季銨鹽、芐基烷基二甲基季銨鹽、單烷基季銨鹽、烷基聚氧乙烯基甲基季銨鹽、N-烷基二乙醇胺鹽、聚乙烯多胺鹽、吡啶鹽中的至少一種，其中烷基是指C12~C18的長(zhǎng)鏈烷基；所述非離子表面活性劑為異構(gòu)醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚、三甲基壬醇聚氧乙烯醚、甘油單酸硬脂酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、聚氧乙烯硬化蓖麻油脂肪酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯醚、失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇單硬脂酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇單油酸聚氧乙烯醚酯、失水山梨醇三硬脂酸聚氧乙烯醚酯、蓖麻油聚氧乙烯醚或者適應(yīng)于水包油體系的有機(jī)硅非離子表面活性劑中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述催化劑為堿性化合物或其水溶液；所述有機(jī)硅氧烷單體是具有通式(I )結(jié)構(gòu)的有機(jī)環(huán)硅氧烷中的一種，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:所述堿性化合物或其水溶液為氫氧化鈉或其水溶液、氫氧化鉀或其水溶液、氫氧化鋰或其水溶液、氫氧化鈣或其水溶液、氫氧化銨或其水溶液；所述有機(jī)環(huán)硅氧烷為六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷、四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷、四甲基四氫環(huán)四硅氧烷、四甲基四苯基環(huán)四硅氧烷、1，3，5，7-四甲基四(3，3，3-三氟丙基)環(huán)四硅氧烷、1，3，5，7-四甲基四(3-氰丙基)環(huán)四硅氧烷、十二甲基環(huán)六硅氧烷、1，2，3，4-四甲基-1，2，3，4-四乙烯基環(huán)四硅氧烷或1，2，3，4-四甲基-1，2，3，4-四苯基環(huán)四硅氧烷中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的硅溶膠為納米二氧化硅溶膠；所述的交聯(lián)劑為脫醇型交聯(lián)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體的制備方法，其特征在于:所述納米二氧化娃溶膠是指膠體粒度為40nm、50nm、60nm、70nm的二氧化娃溶膠中的至少一種；所述脫醇型交聯(lián)劑是指正娃酸乙酯，Y-氨丙基二乙氧基硅烷，Y-(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，Y-巰丙基三乙氧基硅燒，N- ( β -氨乙基)-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷和Y -氨乙基氨丙基二甲氧基硅烷中的至少一種。
9.一種硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體，其特征在于:所述硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體通過(guò)權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的制備方法所制備得到。
10.權(quán)利要求9所述的硅溶膠補(bǔ)強(qiáng)的水基有機(jī)硅彈性體在防水涂料、織物涂層、膠粘劑、膩?zhàn)印⒚芊鈩┲械膽?yīng)用。
【文檔編號(hào)】D06M15/643GK103897398SQ201410119660
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】沈敏敏, 翟俊菱, 孫淳寧, 王俊鳳 申請(qǐng)人:中科院廣州化學(xué)有限公司南雄材料生產(chǎn)基地, 中科院廣州化學(xué)有限公司