[发明专利]含硅石填料的硅氧烷弹性体的流变和机械性能的控制

说明书

本发明涉及一种在可固化硅氧烷组合物中控制硅石增强的方法，使该组合物具有期望的硅石增强特性，该方法包括将一定体积分数的增强硅石填料加入到可固化的硅氧烷组合物中，使其足以提供所期望的性质，通过使用一种回归分析方程测定该体积分数，该方程涉及该增强硅石填料的体积分数，卡曼表面积(CSA)和Burnauer-Emmet-Teller表面积(BET)～对所期望性质。

在增强弹性体的现有技术中可知，填料性质在决定弹性体的流变和机械性能方面是主要的。通常地，非固化弹性体的粘度或可塑性，以及固化弹性体的产率，应力，硬度和模量随BET表面积的增加而增加。在硅氧烷弹性体中使用的一种重要增强填料为非晶形硅石。通常使用煅制和沉淀两种类型非晶形硅石，而主要使用煅制硅石。同其它增强的填料一样，通常硅石由BET表面积表征。BET表面积由基于氮吸附的Burnauer-Emmet-Teller方法进行测定，其描述在美国化学学会(American Chemical Society)杂志，60，页309(1938.2)中。采用氮吸附方法对硅石的独特，球形，初级的颗粒表面积进行测定。

尽管BET表面积可以定量预言烃基基质弹性体中某些非硅石增强填料的性能，但其不能预测硅石增强填料对烃基质或硅氧烷弹性体性质的效果。Machurat等在US4,251,281中告知，具有非常不同BET表面积的硅石颗粒可以得到有机弹性体同样的性质。最近，Okel和Waddell在橡胶化学与技术(Rubber Chemistry and Technology)，68，页59(March-April 1995)中指出，对于在高稠度硅氧烷弹性体中使用的沉淀硅石填料，没有硅石的单一物理性质可用来预测硅氧烷弹性体的性能。类似地，在含有煅制硅石的硅氧烷弹性体配方中，具有相同BET表面积的不同硅石可给予硅氧烷密封胶配方以不同的流变和机械性能。因此，需要一种表征硅石的新方法以改善硅氧烷弹性体性质的一致性。

Carman表面积是一种颗粒结构水平的测量。在此术语结构指的是球形颗粒形成簇或聚集体的趋势。测量Carman表面积(CSA)的方法描述在H.Carman和P.Malherbe，J.Soc.Chem.Ind，.London 69，134(1950)中。将一种公知重的硅石压成公知尺寸和密度的颗粒。然后测量流过该颗粒的空气。所得出的CSA为空气流动与该聚集体压缩性之间的关系。取决于聚集体的结构，各种尺寸的空隙在该颗粒内形成。这些空隙控制通过该硅石的空气流动。高结构煅制硅石具有较小，敞开支化链聚集体和高Carman表面积值。例如，具有许多指形的高结构聚集体将近乎紧密而形成小空隙。其结果为，空气流速将降低，产生较高的CSA。低结构煅制硅石具有葡萄胎状聚集体而具有低CSA值。取决于生产条件如火焰温度和进料速率，因此，对于具有给出的BET表面积的硅石来说，可制备宽范围CSA值和聚集体形状。

以前还没有意识到将CSA作为一种表征硅石的重要参数，该硅石在硅氧烷弹性体中用作增强填料。然而，近来H.Cochrane and C.S.Lin，在Rubber Chemistry and Technology 66(1)页48-60(1993)，“The Influence ofFumed Silica Properties On The Processing，Curing and  ReinforcementProperties Of Silicone Rubber”中研究了改变煅制硅石性质的效果，该性质包括在该硅氧烷弹性体加工，固化和固化的物理性质方面的承载，表面积，硅石结构水平和表面预处理程度。结构水平由CSA测定。他们发现，以恒定BET表面积增加该硅石结构水平，可获得在可塑性，蠕变，交联密度，模量屈服点和硬度上均增加的弹性体配料。

使用回归技术分析数据是公知的，其应用于科学和工程的各种领域。回归步骤使用一种或多种独立变量值(x值)来预测相应变化值(y值)。该独立变量是公知或预定的变数。当独立的变数变化时，其导致从属或相应变化的相应数值。