不同催化剂体系对单组分硅酮胶性能的影响探讨

刘斯文 陈炳耀 蒙嘉华 欧佳丽 李林峰 全文高

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.007

摘 要：硅酮胶作为最主要的粘接密封材料，具有很好的发展前景，催化剂是影响其性能的重要因素之一。研究了 α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷加以填料、交联剂、偶联剂、催化剂的单组分硅酮胶，探讨了不同催化体系对该单组分硅酮胶的表干时间、固化速度、力学性能等的影响，分析了该单组分硅酮胶使用的催化剂体系的各种优缺点，制备出了一种性能优异又能满足市场以及客户需求的胶粘剂。结果表明，使用二月桂酸二丁基锡的胶粘剂表干时间适合，固化速度快，而且力学性能优异。

关键词：有机锡催化剂；有机钛催化剂；硅酮胶

中图分类号：TQ433.4⁺38       文献标志码：A       文章编号：1001-5922（2024）02-0024-03

Discussion on the effects of different catalyst systems on the properties of one-component silicone adhesives

LIU Siwen，CHEN Bingyao，MENG Jiahua，OU Jiali，LI Linfeng，QUAN Wengao

（GuangdongSanvo Holding Co.，Ltd.，Zhongshan 528400，Guangdong）

Abstract：As the most important adhesive sealing material，silicone glue has a good development prospect，and catalyst is one of the important factors affecting its performance.The one-component silicone adhesive with α，ω-dihydroxy polydimethicone plus filler，cross-linking agent，coupling agent and catalyst was studied，the effects of different catalytic systems on the surface drying time，curing speed and mechanical properties of the one-component silicone glue were discussed，the advantages and disadvantages of the catalyst system used in the one-component silicone adhesive were analyzed，and an adhesive with excellent performance and could meet the needs of the market and customers was prepared.The results showed that the adhesive using dibutyltin dilaurate had a suitable surface drying time，fast curing speed，and excellent mechanical properties.

Key words：organotin catalyst;organic titanium catalyst;silicone rubber

单组分密封胶产品质量的影响因素主要有制作工艺流程、主要成分配比、原材料的质量波动等。现对单分分硅酮密封胶的探究集中在市场端功能性密封胶，对原材料波动、制作工艺流程方面的研究较少 ^[1-4]。单组分硅酮密封胶通常是以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107胶）加以交联剂、催化剂、填料及添加剂等在真空状态下混合进行配制获得膏状物，之后遇空气中的水分发生固化形成弹性体^[5]。单组分硅酮密封胶的固化速度与交联剂种类、化学结构及环境的温、湿度关系密切，也与体系的催化剂的类型和用量有密切的关系。

影响硅酮密封胶固化速度的因素主要有交联体系活性的不同、环境中的温度和湿度以及催化剂等。其中，环境温度高，107胶与催化剂的催化反应活性相对提升，同时固化速度也提高。湿度大、水汽多，107胶中的烷氧基与空气中的水汽快速形成Si—OH，加速缩合反应的进行^[6-8]。应用在脱酮肟型的催化剂一般为有机锡催化剂，醇型体系就会使用钛催化剂。但不同催化剂体系都能催化酮肟型密封胶。有机锡催化剂由碳和锡形成金属有机化合物，催化效果好，如有机锡催化剂稳定性好，对基材等无腐蚀作用。同时该催化剂生产便利，增加了经济效益。有机锡类催化剂主要有单丁基锡和二丁基锡等有机锡化合物^[9-12]。有机钛催化剂作为高效的酯/醇交換反应的催化剂，是一种钛酸酯化合物及其螯合物的统称。常用的钛催化剂主要分为非螯合钛、钛的螯合物，还常常使用混合催化体系^[13-16]。

已有文献介绍，在不同用量条件下，催化剂对材料的硫化过程、最终产物的力学性能、基本物理性能等有重要的影响。在无催化剂存在下，107胶或改性107硅橡胶难以与交联剂反应形成弹性体^[17]。为此，必须使用适宜的催化剂。

1 实验部分

1.1 主要原料

107硅橡胶：黏度（ 25 ℃，下同） 5 000～80 000 MPa·s，江西蓝星星火有机硅有限公司；二甲基硅油、气相白炭黑，山东东岳化工有限公司；碳酸钙，凯恩斯纳米材料有限公司；甲基三乙酰氧基、二叔丁基二乙酰氧基硅烷，湖北新蓝天新材料股份有限公司；贮存稳定剂与固化促进剂，市售。催化剂1——二月桂酸二丁基锡（DBTDL），南京云锡鼎承科技有限公司；催化剂2——KRA-2二丁基二（乙酰丙酮基）锡，常州凯瑞科技有限公司；催化剂3——有机钛催化剂，上海迈瑞尔化学技术有限公司。

1.2 主要仪器设备

实验型动力混合机，佛山市金银河智能装备有限公司QF-5型；电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司101-2AB型；电子万能力学试验机，东莞市力控仪器科技有限公司LK-103B型；水分测定仪，上海市安亭电子仪器厂ZSD-2型。

1.3 单组分室温硫化硅橡胶的制备

捏合机中加入107 硅橡胶、二甲基硅油，搅拌均匀后在高速搅拌下加入填料后保持高速搅拌直至分散均匀，当料温到达后打开真空持续搅拌、脱水，制得基料出料作为备用。

将冷却至室温后的基料投入双行星搅拌机，按照工艺需求加入硅烷交联剂和硅烷偶联剂，在真空值 -0.085～-0.092 MPa条件下搅拌 15 min，继续加入贮存稳定剂、催化剂等功能助剂并持续搅拌，物料充分搅拌均匀后出料装入塑料管备用。

1.4 性能测试及表征

表干时间：按照 GB/T 13477.5—2017《建筑密封材料试验方法：表干时间的测定》的B法要求进行测试。常规力学性能（拉伸强度、断裂伸长率）：按照 GB/T 14683—2017《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》方法測定。

固化速度：将密封胶挤出到 A4 纸上（圆柱形状），在温度（23±2） ℃，相对湿度50%±5%环境中放置 24 h，最后切开胶条并用固化深度板检测样品固化厚度，以此表征固化速度。

邵氏硬度： 按照GB/T 531—1999《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》的规定，将试样制成大于6 mm的厚度，然后进行硬度测试，记录不同催化剂体系的硅酮胶硬度试验数据。

2 结果与讨论

以催化剂为变量，其余原材料不变，探讨不同的催化剂及用量对单组分硅酮胶性能的影响。选择3种催化剂进行测试，测试结果如表1～表3所示。

2.1 催化剂1对硅酮胶性能的影响

不同用量催化剂1对硅酮胶性能的影响如表1所示。

由表1可知，增加二月桂酸二丁基锡催化剂的用量，减少了单组分硅酮胶的表干时间，催化剂的用量从0.03%增到0.04%，表干时间明显减少。

2.2 催化剂2对硅酮胶性能的影响

不同用量催化剂2对硅酮胶性能的影响，如表2所示。

由表2可知，增加二丁基二（乙酰丙酮基）锡，加快单组分硅酮胶的表干。这是由于硅酮胶表面水分多，与有机锡催化剂接触的有效表面积变大，于是加快其表干。

2.3 催化剂3对硅酮胶性能的影响

不同用量催化剂3对硅酮胶性能的影响如表3所示。

由表3可知，有机钛催化剂比例上升，在一定范围内，催化剂3对硅酮胶的力学性能和硬度等性能有一定的影响。

由图1可知，3种催化剂在不同用量条件下对硅酮胶表干时间有相似的趋势，在用量较少时，表干时间减少不明显，在0.04%的用量，比较满足硅酮胶表干时间的需求。并发现二月桂酸二丁基锡催化剂用量为0.04%时，其使用较好，满足市场要求。

由图2可知，3种催化剂对硅酮胶固化速度影响各不相同。其中，在二月桂酸二丁基锡催化剂用量为0.04%时，固化速度最大达到3 mm/（24 h）。

3 结语

（1）对于硅酮胶来说，有机锡催化剂催化效果明显优于有机钛催化剂，其添加量优选为0.04%，催化剂选择活性高的二月桂酸二丁基锡催化剂可以明显提升固化速度;

（2）催化剂优选添加量为0.04%，此时硅酮胶的表干时间为10 min，固化速度为3 mm/（24 h），固化后的抗拉强度为0.69 MPa，延伸率为325%，且贮存稳定性较好;

（3）真实情况存在催化剂在胶固化对强度提高的差异性，在多种环境下，高、低温度与相对湿度条件的表现，须互相校正。

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收稿日期：2023-09-16；修回日期：2023-12-08

作者简介：刘斯文（1996-），女，硕士，主要从事有机硅胶粘剂研究；E-mail：2249317545@qq.com。

引文格式：刘斯文，陈炳耀，蒙嘉华，等.不同催化剂体系对单组分硅酮胶性能的影响探讨[J].粘接，2024，51（2）：24-26.