一种快速固化型硅酮结构胶及其制备方法与流程

本技术涉及胶黏剂，更具体地说，它涉及一种快速固化型硅酮结构胶及其制备方法。

背景技术：

1、结构胶是一种高强度、能够承受较大荷载的胶黏剂，主要应用于建筑、工程和工业领域，以实现结构件的粘接、锚固、修补等。按照结构胶的基胶成分划分，通常包括环氧树脂结构胶、聚氨酯结构胶、丙烯酸酯结构胶、硅酮结构胶等。

2、其中，硅酮结构胶是以硅酮作为基胶，其具有粘结性强、耐老化稳定性好、固化后模量高等优点，可应用于金属、玻璃等结构件的粘合。硅酮结构胶一般包括单组分硅酮结构胶和双组分硅酮结构胶，其中，单组分硅酮结构胶是先将各原料预先混合好，使用时，依靠胶体与空气中的水分反应，以进行固化交联，其具有操作简单、使用方便的优点，但是其固化时间以及固化速度受环境温度、湿度的影响较大，在低温低湿度条件下固化速度较慢，一般需要5-15天才能完全固化，而在高温高湿条件下则可能产生气泡，不仅会影响固化后的结构胶的表面平整度和美观性，而且也会降低结构胶与基材的接触面积，从而降低其粘结强度。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供一种快速固化型硅酮结构胶及其制备方法

2、第一方面，本技术提供一种快速固化型硅酮结构胶，采用如下的技术方案：

3、一种快速固化型硅酮结构胶，包括如下质量百分比的原料：

4、基胶30-80wt％、填料10-62wt％、增塑剂4-8wt％、交联剂3-6wt％、偶联剂0.5-2wt％、催化剂0.03-2wt％以及消泡剂0.1-0.5wt％；

5、其中，所述填料包括重量比为4-6:4-6:3-5:1的微球状补强填料、硅藻土-白炭黑复合物、煅烧硅藻土和微纳米晶须；

6、将重量比为3-5:1的硅藻土和氧化镁混合均匀，得到预混物；

7、将所述预混物在650-700℃的温度下，煅烧3-5h，得到所述煅烧硅藻土。

8、单组分硅酮胶是通过吸收空气中的水分来实现固化的，因此，为了提高硅酮胶的固化速度，需要提高单组分硅酮胶对水分的吸收速率，同时，也需要避免吸水导致的气泡的问题。本实施例中，填料包括微球状补强填料、硅藻土-白炭黑复合物、煅烧硅藻土和微纳米晶须；其中，硅藻土-白炭黑复合物中，利用硅藻土和白炭黑具有的多孔性的特点，一方面能够快速吸收空气中的水分，以提高基胶与交联剂的交联反应速度；另一方面利用其比表面积较大的特点，可以提供更多的反应位点，以加速固化反应。

9、煅烧硅藻土为硅藻土经过煅烧处理，可以去除硅藻土中的杂质和有机物，以提高其纯度；并且经过煅烧处理可以改善硅藻土的孔隙结构，以增加其比表面积和孔隙率，以便于其对交联剂、催化剂、消泡剂等的负载，以进一步提高固化反应速度。

10、此外，原料通过添加消泡剂，可以降低硅酮结构胶在吸水固化时产生的气泡；同时，通过白炭黑、微球状补强填料和微纳米晶须的协同作用，可以促进气泡排出并促使气泡发生破裂，提高硅酮结构胶的流平性，从而提高硅酮结构胶的表面平整度和美观性，提高硅酮结构胶与基材之间的结合强度。

11、普通的硅藻土原矿具有较多的杂质，不仅会影响其吸湿性和负载性，而且也会因向硅酮结构胶中引入过多的杂质，而导致硅酮结构胶的力学性能的下降；因此，本实施例中，通过对硅藻土进行煅烧处理，可以提高其纯度；然而，在高温条件下，也容易造成硅藻土的多孔结构发生破坏，导致煅烧后的孔隙体积变小，而孔径变大，从而影响到硅藻土的吸湿性；因此，本实施例中，将热稳定性较好的氧化镁和硅藻土共同煅烧，既有助于形成更加均匀的孔隙结构，又可以提高煅烧硅藻土的比表面积和机械强度，以提高其对交联剂、催化剂、偶联剂等的负载，以进一步提高固化反应速度。

12、在一些实施例中，所述硅藻土-白炭黑复合物采用如下方法制备：

13、将所述煅烧硅藻土与氢氧化钠的水溶液混合，在70-80℃的温度下搅拌30-50min，生成含有硅酸钠的混合浆料；

14、向所述混合浆料中加入酸液，使硅酸钠生成白炭黑，以得到硅藻土-白炭黑中间体；

15、将所述硅藻土-白炭黑中间体经过陈化、过滤、干燥后，得到所述硅藻土-白炭黑复合物。

16、本实施例中，采用碱溶-酸析法使硅藻土负载白炭黑，可以提高硅藻土在基胶中的分散性和相容性，并改善硅酮结构胶的机械强度，以实现结构件的粘接、锚固、修补等。其中，本实施例以煅烧硅藻土作为硅源，可以提高硅藻土的活性、纯度以及孔隙率，以提高硅藻土对白炭黑的负载率，改善硅藻土的吸湿性。

17、在一些实施例中，所述煅烧硅藻土与所述氢氧化钠的水溶液的重量比为1:6-8，所述氢氧化钠的水溶液的浓度为5-8wt％；

18、所述酸液包括硫酸溶液，所述硫酸溶液的质量分数为44-48wt％，所述混合浆料与所述硫酸溶液的体积比为3-5:1；

19、所述陈化的温度为20-30℃，陈化时间为4-6h。

20、本实施例中，由于以煅烧硅藻土作为硅源，相较于普通硅藻土，本实施例中的煅烧硅藻土具有纯度高、活性好、孔隙微小、比表面积和孔隙率大的特点，因此，在碱溶时，可以采用低浓度及含量的氢氧化钠的水溶液，以在硅藻土的表面生成硅酸钠；而后采用较低质量分数的硫酸溶液进行酸析，可以避免对硅藻土的微孔结构造成破坏。而后，在室温下经过陈化处理，可以提高硅藻土对白炭黑的负载稳定性。

21、在一些实施例中，所述微球状补强填料包括重量比为4-6:1的碳酸钙微粉和滑石粉；

22、所述碳酸钙微粉的粒径为10-20μm；

23、所述滑石粉的粒径为5-10μm；

24、所述微纳米晶须包括碳酸钙晶须，所述碳酸钙晶须的长度为20-30μm，直径为0.5-1.2μm。

25、碳酸钙微粉和碳酸钙晶须可以提高硅酮结构胶的强度、耐磨性和耐热性等性能，并且其价格低廉，可以降低生产成本；滑石粉可以改善硅酮结构胶的流动性，并且可以提高硅酮结构胶的干燥速度；通过呈微球状态的碳酸钙微粉和滑石粉以及呈纤维状的碳酸钙晶须的配合，可以在提高硅酮结构胶的力学强度的同时，改善其流动性，降低气泡的产生，并可以促进气泡排出并促使气泡发生破裂，提高硅酮结构胶的流平性，从而提高硅酮结构胶的表面平整度和美观性，提高硅酮结构胶与基材之间的结合强度。

26、在一些实施例中，所述基胶包括端羟基聚二甲基硅氧烷；

27、所述增塑剂包括甲基硅油、液体石蜡中的一种或多种的组合物；

28、所述交联剂包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、甲基三异丁酮肟基硅烷、乙烯基三异丁酮肟基硅烷中的一种或多种的组合物；

29、所述偶联剂包括氨基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酸基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂、乙氧基硅烷偶联剂中的一种或多种的组合物；

30、所述催化剂包括有机锡类催化剂、钛酸酯类催化剂中的一种或多种的组合物；

31、所述消泡剂包括有机硅类消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂、无硅聚合物消泡剂中的一种或多种的组合物。

32、本实施例中，基胶包括端羟基聚二甲基硅氧烷，其具有良好的机械性能、耐化学性能和热稳定性；示例性地，端羟基聚二甲基硅氧烷可以选择α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，例如ws-62m、bsm207、dy-oh502n等。

33、增塑剂可以选择甲基硅油、液体石蜡或者二者的组合物，其中，甲基硅油例如可以为二甲基硅油msd-201。

34、交联剂可以选择甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、甲基三异丁酮肟基硅烷、乙烯基三异丁酮肟基硅烷中的一种或多种的组合物；例如，交联剂可以选择甲基三甲氧基硅烷，或者，交联剂为重量比为1:1的甲基三甲氧基硅烷和甲基三异丁酮肟基硅烷的组合物。

35、偶联剂可以选择氨基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酸基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂、乙氧基硅烷偶联剂中的一种或多种的组合物；其中，氨基类硅烷偶联剂例如可以为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(si-902)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(aps)；甲基丙烯酸基硅烷偶联剂例如可以为3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷；巯基硅烷偶联剂例如可以为γ-巯丙基三乙氧基硅烷；乙氧基硅烷偶联剂例如可以为乙氧基硅烷偶联剂。示例性地，偶联剂为重量比为2:1:1的γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷的组合物，相较于单一的偶联剂，通过多种偶联剂的复配使用，既可以提高填料与基胶的分散性和相容性，提升硅酮结构胶的固化深度和固化效率，又可以提升硅酮结构胶与不同基材之间的粘合强度，以提高硅酮结构胶的应用的广泛性。

36、催化剂可以为有机锡类催化剂、钛酸酯催化剂中的一种或多种的组合物，其中，有机锡催化剂例如可以为辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、二丁基二月桂酸锡；钛酸酯催化剂例如可以为四正丁基钛酸酯。

37、消泡剂可以为有机硅类消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂的一种或多种的组合物；其中，有机硅类消泡剂例如可以为afe-3168、px-122；聚醚改性有机硅消泡剂例如可以为tego foamex 825；无硅聚合物消泡剂例如可以为byk-054。

38、第二方面，本技术提供一种快速固化型硅酮结构胶的制备方法，采用如下的技术方案：

39、一种快速固化型硅酮结构胶的制备方法，包括如下步骤：

40、s1、将所述煅烧硅藻土与所述交联剂、所述偶联剂混合，得到第一混合物；

41、s2、将所述基胶与所述微球状补强填料、所述硅藻土-白炭黑复合物以及所述微纳米晶须混合，得到第二混合物；

42、s3、将所述第一混合物、所述第二混合物、所述增塑剂、所述催化剂以及所述消泡剂混合，得到所述快速固化型硅酮结构胶。

43、在一些实施例中，所述步骤s1包括：

44、s11、将所述偶联剂以及所述交联剂加入无水有机溶剂中，混合均匀，得到预混液；

45、s12、将所述预混液与所述煅烧硅藻土混合后，在真空下搅拌2-4h，得到混合物；

46、s13、将所述混合物抽滤以去除所述无水有机溶剂，得到沉淀物；

47、s14、将所述沉淀物干燥后，得到所述第一混合物。

48、本实施例中，将煅烧硅藻土与偶联剂和交联剂预先混合，采用浸渍法使煅烧硅藻土对偶联剂和交联剂进行负载，可以提高偶联剂和交联剂的分散性，以提高固化速度。

49、在一些实施例中，所述无水有机溶剂包括无水乙醇、无水丙酮中的一种；

50、所述步骤s12中，抽真空至-0.08～-0.095mpa，搅拌速度为400-500rpm，搅拌时间为2-4h。

51、在一些实施例中，所述步骤s2中，搅拌温度为120-130℃，搅拌速度为400-600rpm，搅拌时间为60-90min，抽真空至-0.08～-0.095mpa，脱水时间为1-2h；

52、所述步骤s3中，搅拌温度为110-115℃，搅拌速度为800-1000rpm，搅拌时间为30-60min，抽真空至-0.08～-0.095mpa，脱水时间为1-2h。

53、综上所述，本技术具有以下有益效果：

54、1.本技术通过以微球状补强填料、硅藻土-白炭黑复合物、煅烧硅藻土和微纳米晶须复配作为填料，将其与基胶、增塑剂、交联剂、偶联剂以及消泡剂配合后，既可以提高硅酮结构胶的粘结强度，又可以提高硅酮结构胶的固化速度，以及减少气泡的产生，从而改善固化后的硅酮结构胶的表面平整度和美观性。

55、2.本技术的填料中的微球状补强填料可以起到补强的作用，以提高结构胶的力学性能；硅藻土-白炭黑复合物具体多孔性和比表面积较大的特点，可以提高基胶与交联剂的交联反应速度，加速固化反应；煅烧硅藻土为硅藻土经过煅烧处理可以改善其孔隙结构；通过微球状补强填料、硅藻土-白炭黑复合物、煅烧硅藻土的协同配合，可以在提高结构胶力学强度的同时，提高固化速率。

56、3.本技术通过消泡剂与填料中的白炭黑、微球状补强填料和微纳米晶须的协同配合，既可以降低硅酮结构胶在吸水固化时产生的气泡，又可以促进气泡排出并促使气泡发生破裂；其中，通过呈微球状态的碳酸钙微粉和滑石粉以及呈纤维状的碳酸钙晶须的配合，可以在提高硅酮结构胶的力学强度的同时，改善其流动性，降低气泡的产生，并可以促进气泡排出并促使气泡发生破裂，提高硅酮结构胶的流平性，从而提高硅酮结构胶的表面平整度和美观性，提高硅酮结构胶与基材之间的结合强度。

57、4.本技术在制备煅烧硅藻土时，将热稳定性较好的氧化镁和硅藻土共同煅烧，既有助于形成更加均匀的孔隙结构，又可以提高煅烧硅藻土的比表面积和机械强度；采用该煅烧硅藻土制备硅藻土-白炭黑复合物时，可以提高其对白炭黑负载的均匀性；并且在制备硅酮结构胶时，可以采用该煅烧硅藻土对偶联剂和交联剂进行负载，可以提高偶联剂和交联剂的分散性，以提高固化速度。