[发明专利]一种可陶瓷化有机硅材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可陶瓷化有机硅材料及其制备方法。其特征在于它由改性硅灰石、有机硅橡胶及助剂白炭黑、羟基硅油、硼酸锌、硫化剂等制备而成。改性方法为：一、利用2,6‑二氟‑4‑羟基苯甲酸对硅灰石表面改性。二、将改性硅灰石、硅橡胶及助剂用密炼机和开炼机均匀混合、硫化成型后，得到一种可陶瓷化有机硅材料。本发明优点在于：2,6‑二氟‑4‑羟基苯甲酸具有高反应活性羟基和羧基，能分别与硅灰石和有机硅基体发生化学反应，提升材料力学强度，氟原子的引入能提高材料介电性能和阻燃性能，且有机硅材料在高温下形成的陶瓷体具有较高力学强度。制备工艺简单、设备要求低、绿色环保，能广泛用于用于电子通信用防火耐高温材料领域。

研究领域

本发明涉及一种可陶瓷化有机硅材料及其制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

硅橡胶是一种具有有机特性和无机特性的高分子弹性体，其主链是重复的-Si-O-单元，与硅原子相连的侧基有甲基、乙烯基、苯基、氟原子等基团，使硅橡胶成为一种典型的半有机半无机聚合物，具有许多优良的性能，如具有优良的耐高温低温性、电气绝缘性、低介电性能等性能。

可陶瓷化有机硅橡胶是一种新型的防火耐高温材料，它是以有机硅材料为基体，通过添加成瓷填料、助剂和其他功能填料所制得的。在室温状态下为柔性的普通橡胶状态，具有良好的力学性能，当处于高温条件下，将由橡胶状态转变为具有致密且坚硬的陶瓷体，同时还具有良好的介电性能。陶瓷化有机硅材料的成瓷机理主要包括两个过程：a)在较低温度时，无机成瓷填料均匀分散在硅橡胶基体内部；b)当处于高温环境，伴随着有机硅分解成SiO₂，成瓷填料中的助熔剂开始融化，在填料边缘形成液相共熔体，使SiO₂与成瓷填料发生共晶反应，随着烧蚀温度的上升和烧蚀时间的延长，SiO₂颗粒与填料之间形成“桥接”，从而形成无机陶瓷体。

由于制备工艺简单、设备简便，可陶瓷化有机硅橡胶可以广泛用于防火耐高温材料，可以用于隔热层、防火保温材料、电缆保护线路，同时可以根据需求，设计出不同结构尺寸的可陶瓷化有机硅橡胶。例如美国专利US4269757公开了一种能在高温下形成陶瓷体的硅氧烷材料，它包括硅氧烷聚合物、成瓷填料和过氧化物硫化剂，当温度加热至 500 ℃时甚至更高温度转变为陶瓷材料，可以作为导电物质的绝缘涂层；中国专利CN109423202A 公开了一种化学法有机硅耐热涂料及其制备方法，以有机硅树脂作为成膜材料，并以二氧化硅材料、特殊陶瓷材料、磷酸锌、纤维材料为填料，制成保温隔热防腐耐热漆，该耐热漆固化后具有耐热，耐油，防潮，绝缘，附着力强，机械性能较好等特点，并具有较好的隔热效果，并且在高温下能够形成致密的陶瓷层；美国专利US20060155039公开了一种耐火有机硅复合材料，其中包括硅氧烷聚合物，云母、助熔剂，该材料适用于防火墙衬里，防火隔板，屏风，天花板或衬里，结构防火，防火门插件，门窗密封件，膨胀密封件，电气配电柜或电缆中形成的产品。

可陶瓷化有机硅中往往需要填充大量的成瓷填料。硅灰石是一种三斜晶系，细板状晶体，集合体呈放射状或纤维状的硅酸盐，其结构式为Ca₃[Si₃O₉]，理论化学成分：CaO48.25%、SiO₂ 51.75%。硅灰石所具有的特殊化学成分和针状结构使之相比于其他成瓷填料表现出明显的优势，使用硅灰石作为成瓷填料，可以减少陶瓷的收缩率的同时还可以使陶瓷具有较高的机械强度。但较高的填充量容易引起硅灰石粉体的团聚，导致和基体相容性较差，因此使用前需要对硅灰石粉体进行表面改性。由于硅灰石是由碱性氧化物CaO和酸性氧化物SiO₂化合组成，表面化学结构相对复杂，同时针状结构在改性过程中还容易受到破坏，就使得其有机表面改性相对困难。

目前对硅灰石粉体的改性大多为表面化学改性，其中常的改性剂主要有偶联剂类、离子型表面活性剂类、有机酸（酯）类等。