嬰童奶嘴用液體硅橡膠的研制

陳麗云 蔣志秋 鄭元華 宋新鋒 謝亞軍 馬 瑛

（浙江新安化工集團股份有限公司，浙江 建德 311600）

注射成型液體硅橡膠（LSR）是一種無毒無味、具有優(yōu)良的耐候性和化學惰性的新型有機硅材料，是近年來發(fā)展較快的一種高檔次有機硅產品之一。這類硅橡膠自身粘度低（在硫化前具有一定的流動性、不定型性）、可采用計量混合設備進料，采用專用注射成型設備將兩組分混合、注模，然后快速硫化，成型制品。液體注射成型硅橡膠和傳統材料比具有許多優(yōu)越性：成型周期短，自動化成型程度高，硫化溫度低，硫化過程無副產物、生成制品精度高、不必修邊、制品使用壽命長等［1］。成為流行的合成橡膠材料和高檔應用領域的替代品。

隨著我國經濟的快速發(fā)展和生活水平不斷提高，人們對日用品安全衛(wèi)生意識越來越高，對制品的透明性、機械強度、彈性、母乳實感就有了更高的要求。特別是對嬰兒用品等的衛(wèi)生等級要求更是日益提高，對所選用的材料衛(wèi)生等級要求也相應提高。而加成型液體硅橡膠安全無毒、性能優(yōu)良，剛好適合人們的使用要求，成為該市場中最流行的一類產品。液體硅橡膠材料以其優(yōu)異的化學惰性和高衛(wèi)生等級特點而成為首先材料。

本文主要針對嬰兒奶嘴用硅橡膠材料的制備及各組分進行討論，根據實驗結果制備了奶嘴用注射成型液體硅橡膠，并經客戶使用檢測達到要求。

1 實驗

1.1 主要原料及設備

D4：優(yōu)等品，浙江新安化工集團股份有限公司；乙烯基雙封頭：含量≥99％，衢州瑞力杰化工有限公司；四甲基氫氧化銨：試劑級，北京朝福化工實驗廠；交聯劑：含氫硅油，自制；氯鉑酸：分析純，上海久岳化工有限公司；白炭黑：進口；硅氮烷：含量≥99％，浙江新安化工集團股份有限公司。

旋轉粘度計：NDJ-4，上海精密科學儀器有限公司天平儀器廠；真空捏合機：NH-5，如皋強盛化工機械廠；三輥研磨機：S65，如皋機械廠；行星攪拌機：XJ-5，無錫科越化工機械廠；拉力試驗機：XL-250A，廣州試驗儀器廠；橡膠硬度計：LX-A，上海六菱儀器廠；厚度計：HD-10，上海化工機械四廠；橡膠硫化儀：RAP8000，高鐵儀器公司。

1.2 膠料的制備

1.2.1 基礎膠的合成

基礎膠是雙乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷或聚甲基乙烯基硅氧烷。由八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）和甲基乙烯基環(huán)四硅氧烷出發(fā)，經過脫水、聚合、破媒、減壓脫除低分子物，制得基礎聚合物乙烯基硅油。通過改變原料配比可得到乙烯基含量和粘度不同的基礎膠。

1.2.2 白炭黑的優(yōu)選與處理

以氣相法白炭黑作硅橡膠的補強填料。用六甲基二硅氮烷對優(yōu)選的白炭黑進行疏水處理，通過混煉配膠和硫化測試性能，比較優(yōu)選增稠作用小而補強效果好的處理白炭黑作補強填料。

1.2.3 交聯劑的合成［2］

以高含氫硅油、MM、含氫雙封頭、D4、D4H為原料，以酸性催化劑催化調聚，然后除酸，脫除低分子物，制得用作交聯劑的含氫硅油。根據配方的不同，合成不同分子量、不同氫含量、不同封端結構的交聯劑。

1.2.4 膠料的制備［3］

按比例將基礎膠乙烯基硅油、處理劑六甲基二硅氮烷加入真空捏合機中混合均勻，再加入白炭黑，捏合成膏狀物；升溫密閉捏合，然后真空保溫捏合；降溫得到膏狀物備用。將得到的膏狀物分成兩等份，一份加入鉑催化劑混合均勻，排泡、過濾、包裝得到A組分，另一份加入交聯劑等混合均勻，排泡、過濾、包裝得到B組分。

1.3 硫化制片與性能測試

1.3.1 樣片的制備

本文在進行測試時將A、B兩組分按等重量比例混合均勻，真空脫除氣泡注入金屬模具中，采用模壓加熱硫化，制得用于機械性能測試的樣片。

1.3.2 性能測試

硫化硅橡膠的各項機械性能，按下列相關標準測試：膠料粘度按GB/T 10247-1988測定；拉伸強度和伸長率按GB/T 528-1998測定；撕裂強度按GB/T 529-1999測定；邵A硬度按GB/T 531-1999測定；硫化時間按GB/T 16584測定；壓縮永久變形按GB/T 7759-1996測定。

1.3.3 注射成型實驗

在雙組分液體硅橡膠專用注射機上實驗或客戶注射成型生產線上實驗。

2 結果與討論

2.1 基礎膠對液體硅橡膠性能的影響

嬰兒奶嘴用注射成型液體硅橡膠要求較高的力學強度，特別是高撕裂強度和高伸長率，便于制品出膜和經久耐用。基礎膠的粘度和乙烯基含量對強度和硬度都有明顯影響［2］。按照要求，制品硬度為邵氏40，根據實驗測試及配方優(yōu)化，基礎膠乙烯基硅油的粘度以（20～35）×103mPa s為宜。

2.2 氣相白炭黑用量對液體硅橡膠性能的影響

由表1可以看出：隨氣相白炭黑用量的增加，硅橡膠基料的硬度不斷升高，但硅橡膠的物理力學性能是上升趨勢。制備嬰童奶嘴用液體硅橡膠白炭黑的填料份量是20～30份為宜。

表1 氣相白炭黑用量對液體硅橡膠性能的影響

2.3 交聯劑硅橡膠性能的影響

液體硅橡膠硫化交聯劑含氫量、分子量及用量大小都對制品性能產生較大影響［2］。本文重點討論不同封端的交聯劑對制品硫化的影響。根據本文1.2.3的制備方法可以得到三甲基硅基封端（M型）和二甲基硅基封端（H型）兩種類型的交聯劑。實驗發(fā)現兩種交聯劑對硫化產生不同影響。表2是兩種交聯劑硫化的測試結果。

表2 不同交聯劑對硫化的影響

表2的數據顯示，兩種類型的交聯劑在一次硫化時反應進行程度是不同的。相比較，H型的反應起步稍快，并且二段硫化硬度上升小，說明硫化進行的更徹底。這可能是氫封端的交聯劑的空間位阻小些、反應活性高，同等條件下反應更徹底。

2.4 硫化速度的調控［2］

液體注射成型硅橡膠要在使用時，首先是經過靜態(tài)混合器將兩個組分充分混合但不夾帶氣泡，然后注射進入高溫模具中硫化成型。為了保證膠料在混合后進入模具前不硫化而在進入模具后又能快速硫化，就要加入抑制劑達到效果。通過對抑制劑的硫化實驗測試硫化速度和硫化曲線，采用單一一種抑制劑不能達到比較理想的效果。本文通過測試對比硫化曲線，選擇采用兩種抑制劑共同使用。

根據實驗結果，催化劑用量為5mg/kg（純鉑相對于膠料總重），采用兩種抑制劑混合使用，在23℃溫度下可放置5d以上，在150℃硫化時間35min以內（以Tc 90為完全硫化時間）。在硅膠專用注射成型機上使用，成型過程順利，成型奶瓶制品合格。圖1為根據實驗結果優(yōu)選定型配方硫化曲線圖。

圖1 液體硅橡膠硫化曲線圖

2.5 安全衛(wèi)生要求控制與測試［4］

本文研究制備的硅橡膠主要用于嬰兒奶嘴制造等橡膠材料，對材料的衛(wèi)生安全要求特別高，也是用戶特別關注的一個指標之一。液體硅橡膠本身無毒副作用，在生產成型及使用過程中也不產生有害物質，因而是安全可靠的。但加工過程中如果摻入有害物質則會產生副作用。本文在研究過程中從原材料選用、加工過程、工藝設備材質全程控制，不讓有害物質摻入體系中。

對制備的基礎膠乙烯基硅油、交聯劑都進行微量元素測定符合要求，并對最后成型硅橡膠材料按FDA標準要求送檢，符合美國FDA標準。經檢測，也不含亞硝胺等有害物質。

2.6 開發(fā)的產品XHG6120-40與國內外同類產品的比較

由表3可知，產品XHG 6120-40性能優(yōu)于國內樣品水平，接近國外品牌產品水平，性能指標完全可以滿足國內客戶需求。

表3 為國內外嬰童制品用液體硅橡膠的機械性能的測試對比

3 結論

基礎膠、白炭黑品質、交聯劑等對液體硅橡膠的性能和制品外觀及制品成型過程等有較大影響，通過選擇合適的基礎聚合物、選用合適的白炭黑及用量、添加一定量的交聯劑可以配制得到高性能、加工過程良好的液體硅橡膠。

根據測試力學性能達到以下指標：拉伸強度9.2MPa；撕裂強度30.5kN/m；伸長率720％；硬度40。制備得到的硅橡膠材料送檢達到FDA標準要求，無有害物質；上機成型過程順利，制品達到客戶要求。根據研究結果制備得到的注射成型液體硅橡膠，可以滿足嬰兒奶嘴加工制造的使用要求。

［1］幸松民，王一璐.有機硅合成工藝及產品應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2001：655.

［2］宋新鋒，唐麗珊，等.加成型液體硅橡膠交聯劑的研究［C］.年第十二界中國有機硅學術交流會論文集.2004.

［3］黃文潤.液體硅橡膠［M］.四川：四川出版集團.四川科學技術出版社，2009：318.

［4］鄭鳳仙，陳麗云，等.食品接觸級制瓶用液體硅橡膠的研制［C］.第十五屆有機硅學術交流會論文集，2010.7.