液体硅橡胶工艺配方研发与应用

液体硅橡胶工艺配方研发与应用

蔺笔雄

东莞市正安有机硅科技有限公司广东东莞523465

摘要：本文主要从加成型液体硅橡胶的主体树脂分子量、交联剂、催化-抑制体系用量等方面，平衡实际生产和成品性能要求，对比试验结果，从而设计最有利的固化体系组合，以满足实际纺织机器印花生产流程的需要。

关键词：液体硅橡胶；加成型；机器印花；适用期

引言

有机硅材料是一种具有优异的耐温性能、耐腐蚀性、耐候性等诸多特性的高性能材料，其中，加成型液体硅橡胶由于其粘度范围较为宽广、同时具有低粘度流体的流动性及高粘度粘滞性、硫化条件可控性等特征，在灌封、胶黏、液体注射成型等众多方面有着良好的市场应用[1]。在纺织印花领域，亦可通过丝网印刷的方式，得到性能良好的加成型液体硅橡胶涂层。但是，目前市面上一般传统加成型液体硅橡胶涂料，其开罐混合后的涂料适用期较短(室温下不超过3小时，升高温度失效更快)，只适合人工走台的手工方式进行丝网印刷，限制了生产效率及市场拓展。为了解决这一矛盾，本文针对印花行业主流在役的椭圆形自动印花机的特点(之前主要使用水性油墨或热固油墨进行机器印花，设备工作局部温度可高达90℃，连续开机一班时间为5~6小时)，从三个方面对比实验，重新设计液体硅橡胶固化体系组合方案，以满足实际纺织机器印花生产流程的需要[2]。

1配方体系的设计

加成型液体硅橡胶的应用配方体系，一般包含带特定双或多官能团的树脂主体(如端乙烯基硅油)、含交联基团的液体硅油交联剂、补强剂、催化剂及抑制剂等。下文在相关专利技术[3-4]的基础上细化，主要从线性液体硅油的分子量、交联剂液体含氢硅油的用量，以及催化-抑制剂体系的用量这三个方面，采用旋转粘度、力学性能、DSC等进行测试对比分析，以设计出在90℃开罐适用期能够达到5小时的固化配方体系。

1.1主体硅树脂的分子量的筛选

选择市售的不同分子量的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(Vi-PDMS)，单独或复配后，经相同的补强处理，并添加相同用量(相对Vi含量过量的)的交联剂A、催化剂C进行固化并对比。具体配方如表1。

3试验结果与讨论

上述所有配方制备后，需测试旋转粘度数据的，会在配制后立刻测出结果，或在90℃恒温下，在线记录粘度随时间变化数据；检测流平性的，则使用150目筛网进行模拟丝网印刷，放置15min后经130℃固化3min并观察涂层表面状况；拉伸性能则将配制好的涂料通过标准模具压制和制样后，进行力学测试；通过DSC(测试范围50~200℃，升温速率10℃/min)，测试固化体系的起始反应温度Tl、峰值温度Tp和固化结束温度Tr。

3.1分子量的筛选结果

配方1~7的测试结果如表4所示。从结果可以看出，Vi-PDMS分子量越大，固化时反应温度也越高，但即使配方7仍无法达到所需的工作温度，因此还需后续其他方面的调配；分子量越大，固化后的涂层强度越高，配方4已达到一般印花材料强度的需求(高于5Mpa)[7]。但同时，由于体系粘度剧增，其涂层的平整性会受到影响，而诸如配方1~2的体系粘度太低，又会增加施工次数。结合以上分析，选定最终涂料适用期的工作粘度范围为290000~470000mpa·s，并采用配方7作为进一步实验分析改进的基础。

对比配方1和8、7和11可以看出，由于交联剂B分子量比交联剂A的高，克服链段所需的活化能也越高，因此，除了选择高分子量的主体树脂，交联剂的分子量高也能造成固化反应向高温进行。同时，由于交联剂B的含氢量也高，因此反应完全后，其固化体系比由交联剂A组成的体系交联密度更高，具有更好的机械性能；但随着氢含量相对乙烯基含量的过量，在配方12中，过量的小分子含氢硅油发生自聚反应，导致固化物的韧性和强度略有下降。结合DSC数据和力学性能数据，选择配方11作为进一步优化的基础。

3.3催化剂和抑制剂的影响

所选择的催化剂C和抑制剂D，只改变(加快或在一定程度上阻碍)反应的进程，但后固化(130℃下3min)完全后，材料的性能是不受影响的。如表6所示，对比配方11、13、14的DSC数据可知，催化剂C的加入量的提高，并没有降低反应的起始温度，但反应会更快固化完全，这是有利于实际生产中后固化效率的。考虑成本，选定配方13来研究抑制剂的影响。

结论

以上，通过一系列的配方设计和测试分析，对比总结出，当固化体系组成为Vi-PDMS(20000)∶Vi-PDMS(10000)∶补强剂∶含氢交联剂B∶催化剂C∶抑制剂D为35∶35∶30∶2∶0.6∶0.1时，体系在机器印花生产过程中，可以保持工序所需要的、稳定的涂料开罐适用期，从而满足加成型液体硅橡胶涂料在纺织印花连续机器生产上的应用拓展。

参考文献

[1]尚南强,陈庆国,秦君.纳米TiO_2/液体硅橡胶直流电缆附件绝缘复合材料的介电性能[J].复合材料学报,2019,36(01):104-113.

[2]何益多.铜—端羧基有机硅氧烷配位聚合物的合成及其对加成型液体硅橡胶耐热性能的影响[D].华南理工大学,2018.

[3]房佳丰,郑铭焕,覃柳琪,吴强,张宝华,张春晖,陈世龙.加成型液体硅橡胶硫化动力学的非等温DSC研究[J].有机硅材料,2018,32(01):1-7.

[4]陈庆国,尚南强,秦艳军,魏新喆,秦君.纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料非线性电导特性[J].高电压技术,2017,43(11):3521-3527.

[5]李金辉,李冰,彭丹,牟秋红,于一涛,赵宁,王峰,张方志.加成型液体硅橡胶体系用催化剂的研究进展[J].材料导报,2017,31(S1):309-314.

[6]沈萍萍,谌绍林,冯钦邦,吴利民.乙烯基硅油的制备及其在加成型液体硅橡胶中的应用进展[J].有机硅材料,2017,31(S1):205-208.

[7]李培国,袁振乐,宋新锋,邵月刚.高撕裂强度加成型医用液体硅橡胶的研制[J].有机硅材料,2015,29(06):474-478.