单组分RTV硅橡胶的制备方法

叶建文，李志云，虞卫东（建德市聚合新材料有限公司，浙江 建德 311600）

单组分RTV硅橡胶的制备方法

叶建文，李志云，虞卫东
（建德市聚合新材料有限公司，浙江 建德 311600）

以端羟基聚二甲基硅氧烷（107胶）为基胶、甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷为交联剂、纳米碳酸钙和气相白炭黑为补强填料、氨基硅烷和环氧基硅烷为偶联剂，制得脱醇型单组分室温硫化（RTV-1）硅橡胶。研究了搅拌速率、交联剂、硅烷偶联剂及催化剂的处理方法对RTV-1硅橡胶性能的影响。结果表明，搅拌速率明显影响胶料的黏度高峰以及产品性能，交联剂混合一段时间后再使用会延长RTV-1硅橡胶的表干时间；而硅烷偶联剂和催化剂混合一段时间后再使用则会缩短RTV-1硅橡胶的表干时间。

RTV；硅橡胶；处理方法；搅拌速率

单组分室温硫化（RTV-1）硅橡胶以其优异的耐候性、耐高低温性、电绝缘性和所用原料绿色环保等优势，在建筑、仪器仪表、工业修补、消费电子及LED照明等领域有着广泛的应用。尤其是脱醇型硅橡胶，因具有无刺激性酸味、无腐蚀、品种众多及适用性较强等优点，成为RTV-1硅橡胶中主要的发展方向之一［1～3］。本文以端羟基聚二甲基硅氧烷（107胶）为基胶，加入二甲基硅油、纳米碳酸钙和气相白炭黑等填料制得基料，再配以脱醇型交联剂、硅烷偶联剂和有机钛催化剂等制得脱醇型RTV-1硅橡胶。研究了搅拌速率和时间，交联剂、偶联剂及催化剂的添加方法对RTV-1脱醇型硅橡胶性能的影响。

1　 实验部分

1.1实验原料

端羟基聚二甲基硅氧烷（107胶，黏度为10 000～80 000 mm2/s），自制；二甲基硅油（黏度为350～1 000 mm2/s），自制；纳米碳酸钙（粒径为80～100 nm），建德天石碳酸钙有限公司；甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷，荆州江汉精细化工有限公司；气相白炭黑（比表面积为150 m2/g），瓦克化学股份有限公司；氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560），湖北新蓝天材料股份有限公司；有机钛催化剂（Ti-726）：广州坚毅化工进出口有限公司。

1.2仪器或设备

XJB-50L型双行星动力混合机，佛山市金银河智能装备股份有限公司；LX-A型硬度计，上海六菱仪器厂；HD-10型厚度计，上海化工机械四厂；AL-7000-S型拉力试验机，台湾高铁检测仪器有限公司。

1.3制备工艺

1.3.1RTV-1硅橡胶的配制

（1）基料的制备：将计量的107胶、硅油和纳米碳酸钙加入到双行星动力混合机内，真空下加热至110 ℃，脱水至水分含量低于1 000×10-6，再冷却至室温即可。

（2）RTV-1硅橡胶的配制：在上述基料中，先后加入脱醇型交联剂、气相白炭黑、硅烷偶联剂和有机钛催化剂，在真空下混合搅拌均匀即可。最后，用压料机将制得的RTV-1硅橡胶灌装于300 mL的塑料管内。

1.3.2试片的制备

将制得的RTV-1脱醇型硅橡胶放置在恒温恒湿间（23 ℃、相对湿度50%）24 h后，用手动胶枪把胶料挤在2 mm厚的框型模具上，然后用刮刀将其刮平，并放入恒温恒湿间硫化7 d，即制成所需试片。

1.4性能测试

（1）挤出速率：按照GB/T 13477.4—2002进行测定。

（2）外观和消粘时间：按照GB/T 13477.5 —2002进行测定。

（3）断裂强度和断裂伸长率：按照GB/T 13477.8—2002，采用拉力试验机进行测定。

（4）邵A硬度：按照GB/T 531.1—2008，采用硬度计进行测定。

2　 结果与讨论

2.1搅拌速率对RTV-1脱醇型硅橡胶黏度高峰的影响

制备脱醇型RTV-1硅橡胶时需添加有机钛做催化剂，有机钛催化剂易与二羟基聚二甲基硅氧烷反应形成凝胶，导致生产过程中出现抱辊、产生大量余热等问题。通常的解决办法是使用多烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷做基础聚合物，但是合成成本较高、产品质量不稳定，对最终的硅橡胶产品性能影响较大。

本文制备的脱醇型硅橡胶仍以107胶为基胶，通过改变搅拌工艺来实现稳定生产。影响分散效果最重要的参数是混合时间和剪切速率，同时，填料与基体的相互作用也非常重要。这3个参数的组合几乎允许无限的排列，这样对分散的理解、模拟和操作很困难，以致只能通过试验才能验证假设［3］。

由于加入有机钛催化剂后，胶料黏度会明显上升，为避免抱辊和大量摩擦生热，本文选择添加有机钛催化剂来降低搅拌速率，以平稳度过黏度高峰时期。表1为添加有机钛催化剂时的搅拌速率对RTV-1脱醇型硅橡胶生产工艺的影响。

表1　搅拌速率对RTV-1脱醇型硅橡胶黏度高峰的影响Tab.1　Effect of stirring rate on viscosity peak value of RTV-1 silicone rubber

一般来说，转速越高、剪切力越强,填料分散效果越好。但在生产脱醇型硅橡胶时，添加有机钛催化剂后，胶料稠度骤然增加，双行星动力混合机已无法正常运转。由表1可知，当转速为1 100 r/min时，胶料严重抱辊导致无法正常出料，产品也无法进行性能测试；当转速降至600 r/min时，硅橡胶也出现抱辊现象虽能正常出料，但胶料外观为五级，仍无法满足客户需求；当进一步降低转速至200 r/min时，胶料无抱辊现象且可正常出料，产品外观为一级，完全可满足市场需求。

2.2搅拌速率对RTV-1脱醇型硅橡胶性能的影响

搅拌速率对RTV-1硅橡胶性能的影响如表2所示。

表2　搅拌速率对RTV-1脱醇型硅橡胶性能的影响Tab.2　Effect of stirring rate on performance of RTV-1 silicone rubber

由表2可见，搅拌速率为200 r/min时，RTV-1硅橡胶的挤出速率最大、力学强度最高，最适于该体系硅橡胶的生产。

2.3交联剂的处理方法对脱醇型硅橡胶性能的影响

添加有机钛催化剂时，固定搅拌转速为200 r/min，将已混合7 d、14 d和28 d后的甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷混合物加入胶料中生产脱醇型RTV-1硅橡胶，并与甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷分步单独添加生产的脱醇型RTV-1硅橡胶进行对比［4］，结果如表3所示。

表3　交联剂的处理方法对RTV-1脱醇型硅橡胶性能的影响Tab.3　Effect of treatment method of crosslinkers on performance of RTV-1 silicone rubber

由表3可知，先将甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷混合一段时间，然后再添加到胶料中，生产的RTV-1硅橡胶的消粘时间比2种交联剂前后分2步添加的体系更长。这可能是由于先加入的乙烯基三甲氧基硅烷中有一部分与107胶2端的羟基发生反应，同时乙烯基三甲氧基硅烷的化学反应活性比甲基三甲氧基硅烷更高，当生产出的RTV-1硅橡胶接触湿气时，形成三维网络结构的速率更快，从而导致该体系的消粘时间缩短［5，6］。另外，当延长2种交联剂的混合时间时，消粘时间不仅变长，试片表面也会出现较多的颗粒。

2.4偶联剂和催化剂的处理方法对硅橡胶性能的影响［4，7］

固定搅拌速率为1 100 r/min、搅拌时间为3 h，将KH-550、KH-560和有机钛催化剂分别混合7 d、14 d和28 d后，加入到基料中制成RTV-1硅橡胶，并与KH-550、KH-560和催化剂分步单独添加制备的RTV-1硅橡胶性能进行对比，结果如表4所示。

表4　偶联剂和催化剂的处理方法对RTV-1硅橡胶性能的影响Tab.4　Effect of treatments method of coupling agent and catalyst on performance of RTV-1 silicone rubber

由表4可知，KH-550、KH-560与有机钛催化剂混合7 d或14 d后加入体系中，生产的RTV-1硅橡胶的消粘时间 比KH-550、KH-560和催化剂前后分2步添加生产的更短；当偶联剂与催化剂的混合时间延长时，RTV-1硅橡胶的消粘时间更长，并且试片表面出现较多凝胶颗粒。

3　 结语

以107硅橡胶为基胶、甲基三甲氧基硅烷及乙烯基三甲氧基硅烷为交联剂、纳米碳酸钙及气相白炭黑为补强填料、KH-550和KH-560为偶联剂，制得脱醇型RTV-1硅橡胶。当添加有机钛催化剂时，降低双行星动力混合机的搅拌速率至200 r/min时，甲基三甲氧基硅烷与乙烯基三甲氧基硅烷前后分2步加入，偶联剂和催化剂混合放置7～14 d后再使用，可制备出性能优良的脱醇型RTV-1硅橡胶。

［1］幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用［M］.北京：化学工艺出版社,2000：623-625.

［2］黄文润.单组分室温硫化硅橡胶的配制（三）［J］.有机硅材料,2002,16（6）：36-44.

［3］G e o r g e W y p y c h.H a n d b o o k o f F i l l e r s［M］.北京：中国石化出版社，2 0 0 2：150,238,485-493.

［4］金红君,徐晓明,王轲,等.RTV-1硅橡胶生产工艺探讨［J］.有机硅材料,2013,27（4）：269-272.

［5］黄文润.液体硅橡胶［M］.成都：四川科学技术出版社,2009.

［6］李伟明,王钰,周庶勤,等.超细活性碳酸钙补强脱酮肟型RTV-1硅橡胶的制备与性能［J］.化学与黏合,2006,28（3）：157-160.

［7］杨中文,王强华.单组分脱醇型有机硅密封胶的研制［J］.有机硅材料及应用,1997,11（3）：7-9.

Preparation method of one-component room temperature vulcanized silicone rubber

YE Jian-wen, LI Zhi-yun, YU Wei-dong
（Jiande Polymer New Materials Co., Ltd., Jiande, Zhejiang 311600, China）

The dealcoholized one-component room temperature vulcanized（RTV-1） silicone rubber was prepared by using hydroxy terminated polydimethylsiloxane（107 silicone rubber） as the basic material, methyltris silane and vinyltriethoxysilane as the crosslinkers, nano-CaCO3and fumed silica as the reinforcing fillers, and amino silane and epoxy silane as the coupling agents. The effects of stirring rate and treatment methods of crosslinkers, coupling agents and catalyst on the properties of RTV-1 silicone rubber were studied. The results indicated that the stirring rate significantly affected the dispersion degree of fillers； the crosslinking agents were mixed for a period of time and then added into the rubber material, so the tack free time of RTV-1 silicone rubber was extended, but the mixture of coupling agent and catalyst shortened the tack free time of RTV-1 silicon rubber.

one-component； silicone rubber； treatment method； stirring rate

TQ436+.6

A

1001-5922（2016）08-0052-03

2016-05-05

叶建文（1983-），男，工程师，主要从事硅油的工艺和工程化研究。E-mail：167577211@qq.com。