[发明专利]硅橡胶/蛭石复合材料的制法及其制得的硅橡胶/蛭石复合材料

说明书

一种硅橡胶/蛭石复合材料的制法，它是膨胀蛭石与二元异氰酸酯反应：制得异氰酸酯修饰的膨胀蛭石，在膨胀蛭石表面生成一层异氰酸酯活性分子膜；然后与缩合型硅橡胶聚合生成硅橡胶/膨胀蛭石预聚体；最后硅橡胶/膨胀蛭石预聚体加入硅烷偶联剂进行交联，生成硅橡胶/膨胀复合弹性体材料。制得的硅橡胶/膨胀复合弹性体材料，膨胀蛭石的颗粒均匀、稳定地嵌入在硅橡胶的三维网状结构内部，硅橡胶与膨胀蛭石通过酯基相连接。膨胀蛭石掺杂之后，硅橡胶的力学性能、保温性能、阻燃性能均得到了提升，产品能用于建筑、冶金、电子等领域。

技术领域

本发明涉及异氰酸酯接枝的膨胀蛭石与缩合型硅橡胶发生偶联形成的硅橡胶/蛭石复合弹性体材料，本发明还涉及硅橡胶/蛭石复合材料在保温、阻燃方面的应用。

背景技术

缩合型硅橡胶是由以聚二甲基硅氧烷为线性主链，羟基、烷氧基为末端官能团的羟基封端硅橡胶，与硅烷偶联剂发生缩合反应后形成的三维网状高分子弹性体。与纯有机物成分的其它橡胶相比，硅橡胶弹性体中主体是无机的Si-O基团，有机成分仅分布于侧链，含量较低，因此具备不同于其它橡胶的独特物化性质：因Si-O键不能支持燃烧，硅橡胶弹性体具备一定的自阻燃性能；因O元素具备高度柔韧性，硅橡胶弹性体具备宽广的机械性能调谐范围；因Si-O键的键能较大(约460.5J/mol)，弹性体结构相对稳定，甚至可以承受300℃的高温；又，硅橡胶绝缘、无毒、透明，故在航天、航空、电子电器、生物医药等领域有广阔的应用空间。

缩合型硅橡胶在室温下即可固化，成型、掺杂均便利。但由于硅橡胶中无机成分过高，导热系数较其它橡胶大(其导热系数约～0.17w/mk)，表观密度略高(其表观密度～0.92kg/dm³)，且价格昂贵，限制了应用。发泡后的硅橡胶表观密度降低，便于大规模工程使用；同时，其内部的无数小孔形成了一个个密闭的小气室，兼具隔音、隔热、减震等特性，可用作轻质、耐高温的隔热材料。

硅橡胶侧链的甲基、苯基等有机基团的存在，使之在明火存在下仍然可以支持燃烧。因此，为满足硅橡胶的多方面应用，还需要对之进行适当的改性。阻燃剂、抑烟剂、稳定剂等填料的掺杂是解决其隐患的通用方法。为满足硅橡胶的多方面应用，还需要对之进行适当的改性。例如：美国道康宁Sylgard系列184、186等硅橡胶掺杂了具有阻燃性质的白炭黑，既提升弹性体的阻燃性能，又补强了力学性能。

考虑到膨胀蛭石(结构式为(Mg,Ca)_0.3-4.5(Mg,Fe,Al)₃[(Si,Al)₄O₁₁])具有质轻(密度80-120kg/m3)、保温(导热率为0.06-0.12w/mk)、耐高温(熔点为1240-1430℃)、吸声、化学性质稳定、吸收辐射等特性,本发明通过硅烷偶联剂与膨胀蛭石的表面羟基、硅橡胶的末端羟基反应，形成膨胀蛭石杂化的硅橡胶弹性体。生成复合材料后：(1)硅橡胶中含有较多的氧元素，整个弹性体的柔韧性高，力学性能偏低，膨胀蛭石的掺杂可补强硅橡胶的力学性能；(2)膨胀蛭石为极性无机粘土类材料，易吸水，吸水后其隔热、隔音、绝缘等物性降低，而PDMS为低极性憎水材料，当PDMS包裹膨胀蛭石之后，隔断了膨胀蛭石与水的接触，维持了膨胀蛭石的优良性能；(3)膨胀蛭石为耐火、不支持燃烧材料，当膨胀蛭石掺杂到硅橡胶内部之后，仅需使用少量常规阻燃剂就可得高度阻燃的硅橡胶复合材料，降低了阻燃剂对环境的危害；(4)膨胀蛭石自身具备的优良隔热性能提升了硅橡胶的隔热性能；(5)膨胀蛭石的掺杂还大大降低了PDMS弹性体的成本，使之可广泛地用于建筑设施的隔热阻燃、内外墙体装饰，电子器件的绝缘封装等多个方面。