一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料领域，涉及聚有机硅氧烷泡沫材料领域，尤其是涉 及一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫及其制备方法。


背景技术：

2.聚有机硅氧烷泡沫是硅橡胶交联时外加物理或化学发泡剂或自身反应发泡 等方式成型的一种新型多功能材料，将硅橡胶材料的性能与泡沫材料的特性结 合于一体，因此也称为硅橡胶泡沫。聚有机硅氧烷是指主链由硅和氧原子交替 构成，硅原子上通常连有两个有机基团的高分子，与一般的聚合物材料相比， 它具有优异的耐高低温性、绝缘性、耐候性、化学稳定性和生物相容性等性能， 广泛应用于航空航天、建筑、电子、软模具、汽车、船舶、生物医学等领域。 泡沫材料由于大量气体微孔存在，使其具有质轻、隔热、吸音、减震等特性。 泡沫材料根据微孔的种类可以分为开孔型、闭孔型和混合型，开孔泡沫材料的 泡孔与泡孔之间互相连通，具有优越的压缩性、保温隔热性、止水保水性、吸 音性等，闭孔泡沫材料具有独立泡孔结构，内部泡孔与泡孔之间有壁膜隔开， 不相互连通，具有极其优良的抗冲击性，反弹性，柔软性，隔音性，隔热性， 防水性等。
3.目前，室温硫化聚有机硅氧烷泡沫飞速发展，文献《脱氢型室温硫化(rtv) 硅橡胶气泡生成影响因素的研究》中，虽然获得的硅橡胶泡沫具有良好的缓冲 性能，可重复利用，但氢气释放时难以控制速率，会使硅橡胶固化物中产生气 泡，较多气泡会影响硅橡胶的力学性能。专利cn107434854a将含氢有机聚硅 氧烷、烷氧基硅烷、三(五氟苯基)硼烷室温下混炼均匀，利用化学发泡制得有机 硅泡沫材料，此方法简单高效，且泡孔结构可控，但是化学发泡剂的存留会影 响泡沫硅橡胶的综合性能。专利c107434854a利用有机硅自身的发泡反应获得 硅橡胶泡沫，此方法实用性强，适合广泛应用，但是获得的硅橡胶力学性能达 不到要求，且泡孔结构难以控制。专利cn107541070a利用双组分制备的触变 泡沫硅橡胶，此方法降低成本且泡沫硅橡胶触变性良好，但是工艺过程复杂， 且保温隔热性能不能满足工业应用。专利cn104312168a制备的开孔型液体室 温硫化泡沫硅橡胶具有高开孔率和低密度等优点，但是其力学性能和保温隔热 性难以达到保温材料的要求。专利cn111234532a利用少量阻燃添加剂制备了 力学性能优良、阻燃效果好的发泡阻燃液体硅橡胶，但是孔隙率密度过低，导 致导热系数过大，不能满足保温隔热的要求。
4.目前保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫报道较少，特别是保温隔热用室温硫化 聚有机硅氧烷泡沫，从上述报道的专利和文献可以看出，目前应用的室温硫化 聚有机硅氧烷泡沫工艺流程复杂、制造成本高，且用于保温隔热时，力学性能、 微孔均匀性和保温隔热性不能兼备，使聚有机硅氧烷泡沫在保温隔热方面的应 用受到限制。
5.因此，制备一种力学性能好、微孔孔径分布均匀且保温隔热性良好的聚有 机硅氧烷泡沫是非常有必要的。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有技术的问题和不足，提供一种保温隔热用聚硅氧 烷泡沫及其制备方法。该方法工艺简单，适合推广应用，且制备的聚硅氧烷泡 沫为混合型，兼具开孔和闭孔泡沫的性能，压缩性能好、柔性高、孔隙分布均 匀、导热系数低，满足保温隔热材料的应用需求。
7.本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
8.本发明提供的保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫的制备方法，包括如下步骤： (1)将正丁醇、硅烷偶联剂、水混合均匀，得到改性溶液，然后将中空玻璃微 珠加入改性溶液中，搅拌均匀，过滤取滤渣，将所述滤渣烘干，得到改性后的 中空玻璃微珠；
9.(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)所述改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌处理，超声处理， 得到混合液1；
10.(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌处理，得到混合液2， 将所述混合液2倒入模具中，烘干，得到所述保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫。
11.进一步地，按照质量份数计，
[0012][0013]
进一步地，步骤(1)所述硅烷偶联剂为kh570；所述正丁醇、硅烷偶联剂 及水的质量比为5:2:1-10:3:2；
[0014]
优选地，步骤(1)所述硅烷偶联剂、水及正丁醇的质量比为5:2:1。
[0015]
进一步地，步骤(1)所述中空玻璃微珠与改性溶液的质量比为1:10-1:20。
[0016]
进一步地，步骤(1)所述中空玻璃微珠的密度为0.18-0.22g/cm3，平均粒 径为2-150μm。
[0017]
进一步地，步骤(1)所述烘干的温度为120-140℃，烘干的时间为3-5小 时。
[0018]
优选地，步骤(1)所述烘干的温度为120℃，烘干的时间为3小时。
[0019]
进一步地，步骤(2)所述端羟基聚硅氧烷为α,ω-二羟基聚硅氧烷，其粘度 为750-5000mpa
·
s；
[0020]
优选地，步骤(2)所述端羟基聚硅氧烷的粘度为750-2000mpa
·
s。
[0021]
进一步地，步骤(2)所述乙烯基聚硅氧烷为端乙烯基聚二甲基硅氧烷，其 粘度为500-5000mpa
·
s；
[0022]
优选地，步骤(2)所述乙烯基聚硅氧烷的粘度为1000-3000mpa
·
s；
[0023]
进一步地，步骤(2)所述白炭黑为疏水型气相白炭黑，白炭黑的粒径为10-30 nm，白炭黑的比表面积为120-140m2/g。
[0024]
优选地，步骤(2)所述白炭黑的粒径为30nm，白炭黑的比表面积为130m2/g。
[0025]
进一步地，步骤(2)所述含氢聚硅氧烷为聚甲基氢硅氧烷，含氢聚硅氧烷 的含氢量为1.58-1.62％；步骤(2)所述mq树脂中mq的比值为0.8，乙烯基 含量为1.5％，粘度为9000mpa
·
s；步骤(2)所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇。
[0026]
进一步地，步骤(3)所述催化剂为铂离子和乙烯基甲基硅氧烷的络合物， 有效铂含量为3000-5000ppm。
[0027]
优选地，步骤(3)所述催化剂为铂离子和乙烯基甲基硅氧烷的络合物，有 效铂含量为3000ppm。
[0028]
进一步地，步骤(2)所述搅拌处理的时间为40-60分钟；
[0029]
进一步地，步骤(2)所述超声处理的时间为15-20分钟；
[0030]
进一步地，步骤(3)所述搅拌处理的时间为15-30分钟；
[0031]
进一步地，步骤(3)所述烘干的温度为150-160℃，烘干的时间为30-60 分钟。
[0032]
优选地，步骤(3)所述烘干的温度为150℃，烘干的时间为30分钟。
[0033]
本发明提供一种由上述的制备方法制得的保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫。
[0034]
本发明提供的制备方法中，乙烯基聚硅氧烷和含氢硅油发生交联反应为泡 沫硅橡胶提供力学性能，端羟基聚硅氧烷和含氢硅油发生缩合脱氢反应产生氢 气形成微孔，mq硅树脂和白炭黑为补强剂，提高力学性能，中空玻璃微珠独特 的闭孔空腔结构提供大量孔洞同时增强力学性能。
[0035]
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0036]
(1)本发明提供的制备方法中，选择含氢聚硅氧烷作为交联剂和发泡剂， 同时发生与乙烯基聚硅氧烷的交联反应和与端羟基聚硅氧烷的缩合发泡反应， 因此含氢聚硅氧烷的比例和含氢量会对聚有机硅氧烷泡沫的力学性能、密度、 泡孔的结构和导热系数产生直接影响；随着含氢聚硅氧烷的比例和含氢量增加， 其活性上升，发泡和交联反应的反应速度加快，聚有机硅氧烷泡沫的综合性能 关键在于两种反应的匹配程度，当发泡反应快于交联反应时，反应胶料初期无 法包裹产生的氢气，泡孔壁固定速度变慢，并孔、破孔现象增加，更容易形成 大孔及通孔结构；当发泡反应慢于交联反应时，产生的氢气难以及时溢出被固 定在交联网络内，会使得泡核难以生长，因此容易形成不均匀小孔、闭孔，所 以含氢聚硅氧烷的比例和含氢量的选择是影响产品质量的关键因素。本发明对 含氢聚硅氧烷的比例和含氢量进行选择，使制备的保温隔热用聚有机硅氧烷具 有泡孔均匀、压缩模量高、导热系数低等优点；
[0037]
(2)本发明提供的制备方法中，选择中空玻璃微珠和白炭黑作为填料，中 空玻璃微珠改性后与聚有机硅氧烷相容性更好，疏水性气相法白炭黑是新型的 补强填料，二者的结合有利于增强聚有机硅氧烷力学性能，且中空玻璃微珠独 特的闭孔空腔结构可以对热传导和热对流进行阻隔，提高聚有机硅氧烷的保温 隔热性能；
[0038]
(3)本发明提供的制备方法中，同时利用含氢聚硅氧烷与端羟基聚硅氧烷 反应产生气孔和中空玻璃微珠特殊空腔结构来获得聚有机硅氧烷泡沫，合理匹 配二者产生气孔的比例，使得聚有机硅氧烷泡孔孔径和类型可控。
具体实施方式
[0039]
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护 不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人 员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可 以通过市售购买得到的常规产品。
[0040]
以下实施例及对比例所用到的重量(质量)份数，作为举例，重量单位可 以为克、千克等，也可以是本领域常用的任意其他用量。
[0041]
实施例1
[0042]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量份数计算包括：
[0043][0044][0045]
具体制备过程如下：
[0046]
(1)配制质量比为5:2:1的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为10:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于120℃烘箱中3 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0047]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌60分钟，然后 超声处理15分钟得到混合液1；
[0048]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌30分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，150℃烘干30分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0049]
实施例2
[0050]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量份数计算包括：
[0051][0052]
具体制备过程如下：
[0053]
(1)配制质量比为5:2:1的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为10:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于120℃烘箱中3 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0054]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌60分钟，然后 超声处理15分钟得到混合液1；
[0055]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌30分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，150℃烘干60分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0056]
实施例3
[0057]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量份数计算包括：
[0058][0059]
具体制备过程如下：
[0060]
(1)配制质量比为5:2:1的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为10:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于120℃烘箱中3 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0061]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌60分钟，然后 超声处理15分钟得到混合液1；
[0062]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌30分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，150℃烘干30分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0063]
实施例4
[0064]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量份数计算包括：
[0065][0066]
具体制备过程如下：
[0067]
(1)配制质量比为5:2:1的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为10:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于120℃烘箱中3 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0068]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌45分钟，然后 超声处理20分钟得到混合液1；
[0069]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌20分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，160℃烘干30分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0070]
实施例5
[0071]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量份数计算包括：
[0072][0073]
具体制备过程如下：
[0074]
(1)配制质量比为10:2:2的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为15:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于130℃烘箱中4 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0075]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌45分钟，然后 超声处理20分钟得到混合液1；
[0076]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌30分钟，得到混合液2，将混合液2倒入模具中，155℃烘干40分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0077]
实施例6
[0078]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量分数计算包括：
[0079][0080]
具体制备过程如下：
[0081]
(1)配制质量比为10:3:2的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为20:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于140℃烘箱中3 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0082]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌40分钟，然后 超声处理20分钟得到混合液1；
[0083]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌30分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，150℃烘干45分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0084]
实施例7
[0085]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量分数计算包括：
[0086][0087]
具体制备过程如下：
[0088]
(1)配制质量比为5:2:1的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为10:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于120℃烘箱中3 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0089]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌60分钟，然后 超声处理15分钟得到混合液1；
[0090]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌30分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，150℃烘干30分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0091]
实施例8
[0092]
一种保温隔热用聚有机硅氧烷泡沫，制备原料按质量分数计算包括：
[0093][0094]
具体制备过程如下：
[0095]
(1)配制质量比为10:3:2的正丁醇、kh570和去离子水混合均匀，得到改 性溶液，将中空玻璃微珠加入改性溶液中，所述中空玻璃微珠与改性溶液的质 量比为20:1，搅拌均匀，抽滤，最后将过滤后的固体物料置于130℃烘箱中5 小时，得到改性的中空玻璃微珠备用；
[0096]
(2)将端羟基聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、白炭黑、步骤(1)中的改性 中空玻璃微珠、mq硅树脂、抑制剂和含氢聚硅氧烷混合，搅拌50分钟，然后 超声处理15分钟得到混合液1；
[0097]
(3)往步骤(2)所述混合液1中加入催化剂，搅拌15分钟，得到混合液 2，将混合液2倒入模具中，150℃烘干60分钟，得到保温隔热用聚有机硅氧烷 泡沫，产品的测试性能如表1所示。
[0098]
表1聚有机硅氧烷泡沫的性能
[0099][0100]
表1中表观密度按照gb/t 6343-1995进行测试；压缩模量按照gb/t 8813-2020进行测试；压缩永久形变按照gbt 6669-2008进行测试，利用公式 计算，其中a为初始高度(mm)，b为压缩后高度(mm)，c为回弹高度 (mm)；邵氏a硬度按照gb/t 531-1992进行测试；将样品裁成10cm
×
10cm
×
10cm， 称重为m1，将样品完全浸没于去离子水中24小时后，称重为m2，利用公式 计算吸水率；参考文献《硅橡胶分子量对硅泡沫性能影响的研究》， 根据公式计算孔隙率其中ρf为聚有机硅氧烷泡沫表观密度，ρf对应实心聚有机硅氧烷表观密度；导热系数按照gb/t10294-2008进行测试。
[0101]
根据不同实施例获得的实验数据(表1)进行分析，可知本发明获得的聚有 机硅氧烷泡沫密度适中，介于中发泡和低发泡之间，但都保持了较低的导热系 数、较好的力学性能、较高的孔隙率和较低的吸水性，各项性能都满足保温隔 热材料的需求。
[0102]
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本 发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等 均应属于本发明的保护范围。