單組分加成型結構粘接膠的制備

謝彬 趙荊感 蔡水冬 張銀華

摘要：以乙烯基硅油、含氫硅油、氣相白炭黑、增粘劑和鉑金催化劑為原料制備了一款單組分加成型結構粘接膠，研究了不同乙烯基硅油的黏度、不同含氫量的含氫硅油和不同比表面積的氣相白炭黑對硅橡膠性能的影響。結果表明：選用10Pa·s的乙烯基硅油、1.0%的含氫硅油和QS-30氣相白炭黑能得到拉伸強度為4.8MPa，斷裂伸長率為490%，剪切強度（Al-A1）為3.8MPa，室溫貯存大于180d的單組分加成型結構粘接膠。

關鍵詞：單組分;加成型硅膠;結構粘接

中圖份類號：/Q436⁺.2文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0043-03

有機硅橡膠以其優異的綜合性能（耐熱性、耐候性和電性能等）而成為廣泛應用的特種橡膠。按其固化機理可分為縮合型和加成型硅橡膠，加成型硅橡膠具有硫化速度較快、不釋放小分子、沒有腐蝕性、線收縮率較小、能深層固化、生產工藝簡便以及成本低廉等優點。

單組分加成型硅橡膠具有點膠方便、高溫快速硫化、環保以及無小分子釋放等優點，在電子電器、汽車工業等領域具有廣泛的應用前景。但是，其存在的貯存穩定性較差、強度較低和粘接性能較差等缺點也影響了單組分加成型硅橡膠的發展。本研究介紹了一種對玻璃、金屬和塑料具有優異粘接性的可用于替代部分濕氣固化的單組分縮合型硅膠之單組分加成型結構膠粘劑的制備，用以解決單組分縮合型硅膠在應用過程中固化速度較慢、無法深層固化、氣味較大和有小分子釋放等問題，因此，具有廣闊的應用前景。

1實驗部分

1.1主要原料及設備

端乙烯基硅油，浙江潤禾有機硅新材料有限公司;含氫硅油，江西海多化工有限公司;氣相白炭黑（QS-102、QS-20、QS-30、QS-40），日本德山公司;增黏劑，自制;單組分鉑金催化劑，自制;六甲基二硅氮烷、四甲基二乙烯基二硅氮烷，東莞市富天化工科技有限公司。

1.2儀器與設備

AG-IC型電子萬能試驗機，日本島津公司;BGZ-146型電熱鼓風干燥箱，上海博訊實業有限公司;DV-Ⅱ+Pro Ex-bra型黏度計，Brookfield公司;SK-300SV型攪拌機，日本寫真化學公司;NH-5型真空捏合機，江蘇強盛化工機械廠。

1.3單組分加成型有機硅橡膠結構膠粘劑的制備

1.3.1基料的制備

將端乙烯基硅油、水、六甲基二硅氮烷和四甲基二乙烯基二硅氮烷按一定比例加入到捏合機中，分批加入氣相白炭黑（端乙烯基硅油：氣相白炭黑=70：30），室溫捏合2h，然后150℃下抽真空捏合4h，冷卻至室溫，加入總質量的40%乙烯基硅油混合稀釋成可流動液體。

1.3.2增黏劑的制備

向帶有冷凝裝置和溫度計的干燥三口燒瓶中依計量加入乙烯基三甲氧基硅烷，γ-（2，3-環氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷和正硅酸甲酯，室溫攪拌均勻后加入鈦酸四乙酯，然后在冷卻回流狀態下加熱至80℃反應1h，反完畢后在150℃下減壓蒸餾除去低沸物，得到淺黃色增黏劑。

1.3.3單組分鉑金催化劑的制備

在N2保護下，向帶有冷凝裝置和溫度計的干燥三口燒瓶中依計量加入四（三苯基磷）鉑（O）、乙醚和炔丙醇，室溫攪拌12h后加熱回流，冷卻，重結晶，得到無色固體，用端乙烯基硅油稀釋得到單組分鉑金催化劑。

1.3.4膠粘劑的制備

取基料90g，含氫硅油適量，單組分鉑金催化劑0.2g，增黏劑2g，攪拌機混合，QS-40調整觸變。

1.4性能測試

（1）剪切強度：按照GB/T 71242008《膠粘劑拉伸剪切強度測定方法（剛性材料對剛性材料）》標準，采用電子萬能試驗機進行測試（試片規格為100mm×25mm×3mm的鋁片，先用酒精清洗基材表面油污，然后涂上膠粘劑，2片基材貼合，膠粘劑厚度為1mm，在120℃烘箱中固化15min）。

（2）拉伸強度和斷裂伸長率：按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》標準，采用電子萬能試驗機進行測試。

（3）黏度：采用黏度計進行測試[溫度為（25+2）℃，相對濕度為（60±10）%]。

2結果與討論

2.1乙烯基硅油對硅橡膠性能的影響

選用4種不同黏度的端乙烯基硅油制備基膠并稀釋，所得的單組分硅橡膠性能如表1所示。

由表1可知：隨著乙烯基硅油黏度的增加，膠粘劑黏度和斷裂伸長率也在逐漸上升，剪切強度先增加后降低。乙烯基硅油黏度的增加就是分子質量、聚合度和鏈長的增加，這會提高膠粘劑的黏度及斷裂伸長率，同時增加了分子鏈之間的纏繞而提高了剪切強度。當選擇100Pa·s乙烯基硅油時，膠體交聯密度反而降低，本體強度降低導致剪切強度的下降。綜合考慮膠粘劑黏度，選擇黏度為10Pa·s的乙烯基硅油較適宜。

2.2含氫硅油對硅橡膠性能的影響

含氫硅油中氫的質量分數對硫化硅橡膠力學性能的影響較為顯著，本研究考查了不同含氫量的含氫硅油對加成型液體硅橡膠性能的影響，結果表2所示。

由表2可知：當n（SiH/SiCHCH₂）不變時，隨著含氫硅油含氫量的增加，硅橡膠的剪切強度逐漸增加，這是由于隨著含氫硅油含氫量的增加引起硅橡膠交聯密度的增加，硅橡膠本體強度隨之逐漸提高，表現出的剪切強度與硅橡膠的本體強度有關。當含氫硅油含氫量≤0.18%時，硅橡膠對基材幾乎沒有粘接性;當含氫硅油含氫量增加到0.6%～1.6%時，加成型硅橡膠的剪切強度逐漸增加，這是由于高含氫硅油更容易與基材表面的羥基反應，提高粘接力，但是1.6%含氫硅油由于SiH活性較高反而會降低膠粘劑的貯存期。綜合考慮，選擇含氫量為1.0%的含氫硅油較適宜。

2.3白炭黑對硅橡膠性能的影響

不同比表面積的親水性氣相白炭黑經疏水處理后對加成型硅橡膠性能的影響如表3所示。

由表3可知：隨著白炭黑比表面積的增加，硅橡膠的拉伸強度、斷裂伸長率和剪切強度先增后降;隨著白炭黑比表面積的增加，活性官能團增多，與硅橡膠接觸面積增大，形成更多的交聯點，從而增加了整個體系的交聯密度，進而達到更好的補強效果。當選擇QS-40（比表面積為400m²/g）時，膠粘劑拉伸強度、斷裂伸長率和剪切強度出現下降。這是因為白炭黑比表面積太大，添加量過多，導致其在膠料里的分散遇到限制，影響了其在聚合物中的分散效果，導致補強效果下降。綜合考慮，選擇QS-30（比表面積為300m²/g）較適宜。

3結論

通過對乙烯基硅油、含氫硅油和氣相白炭黑的篩選，選用10Pa·s的端乙烯基硅油、1.0%的含氫硅油和QS～30搭配單組分鉑金催化劑和增黏劑，最終得到拉伸強度為4.8MPa，斷裂伸長率為490%，剪切強度為3.8MPa，室溫貯存大于180d的單組分加成型結構膠粘劑。