有机硅组合物及相关方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了与聚合物泡沫有关的组合物、制品和方法。所述聚合物泡沫更具体 地为有机硅泡沫，并任选地具有弹性体特性。
【背景技术】
[0002] 有机硅为基于交替的硅和氧原子的链或网络的合成聚合物。还被称为聚合硅氧烷 或聚硅氧烷，有机硅具有化学通式[R2SiO]n，其中R为有机基团如甲基、乙基或苯基。在化学 上，这些材料具有无机硅-氧主链（…-Si-O-Si-O-Si-O-)，有机侧基连接到硅原子。有 机硅因其作为电气绝缘体、防水剂、橡胶和树脂的用途而广为人知。
[0003] 泡沫可具有开孔微结构或闭孔微结构。开孔泡沫具有通常彼此相交的空隙，从而 形成渗透过材料的路径。与闭孔泡沫相比，这些泡沫往往是柔软且可压缩的。开孔泡沫密 度还通常比闭孔泡沫低并且在一定程度上较便宜，因为每单位体积需要较少的材料。另一 方面，闭孔泡沫使用隔离开的空隙，所述空隙不彼此连通。因此，这些泡沫往往更坚实并且 抗压缩。此外，气体和流体不能穿过闭孔泡沫，使得闭孔泡沫可用于其中不希望水的吸收的 某些绝缘应用中。
[0004] 可使用各种方法来制备发泡聚合物。一些方法涉及物理或化学发泡剂的使用。物 理发泡剂通常为挥发性的液体，其可用来在基质中创造空隙，从而产生蜂窝状（或发泡）材 料。常见的物理发泡剂包括氯氟烃、氢氯氟烃、烃和液体二氧化碳。化学发泡剂使用一种或 多种产生气体的化学反应来使泡沫发泡。一种示例性的化学发泡剂为粉状氢化钛，其可用 来通过在升高的温度下分解成钛和氢气而制备金属泡沫。其它发泡方法也已被引入实践 中，包括机械起泡、可溶性填料的提取以及中空球和/或多孔颗粒的使用。
[0005] 有机硅材料一般具有低导热性、低化学反应性、低毒性、良好的氧化稳定性和良好 的热稳定性（即，它们的性质在宽的温度范围内不会显著改变）。这些性质使得它们在需要 耐高温、低发烟和/或高的生物相容性的热-声、电绝缘和密封应用中特别有用。这些包括 例如医疗应用及飞机、船舶和铁路系统中的运输应用。当与实心有机硅弹性体相比时，基于 其降低的材料成本，有机硅泡沫还提供潜在的成本节约。
【发明内容】
[0006] 使用发泡剂、起泡、填料和中空或多孔颗粒来在泡沫中创造空隙的潜在缺点之一 在于可能向泡沫材料中引入杂质。在其中此类杂质可能导致不利的化学或生物反应的应用 中，这可能成问题。这些方法中的一些面临的另一限制在于在使材料发泡的步骤和泡沫材 料的聚合之间缺乏独立性。如果这些过程同时发生，则要获得期望的孔眼大小和/或获得 合适的孔眼大小分布可能在技术上具有挑战性。
[0007] 本文提供的发泡有机硅制品、组合物和方法使用水作为物理发泡剂。虽然水是挥 发性的液体，但通常难以使用水作为发泡剂，因为其通常与有机聚合物不相容并且往往形 成快速发生相分离的不稳定系统。令人惊奇的是，发现衍生自四烷氧基硅烷（Q-单元）和 三甲基乙氧基硅烷（M-单元）的有机硅前体（称为"MQ"树脂）可有效地吸收显著量的水 而获得稳定的MQ-水团簇。因为水可随后通过蒸发移除，故此MQ-水团簇可充当发泡剂来 提供发泡有机硅结构。
[0008]在一个方面，提供了一种有机硅泡沫。所述有机硅泡沫包含：聚硅氧烷和硅酸盐树 脂的交联有机硅网络，所述有机硅网络基本上不含任何化学发泡剂或其副产物；以及包埋 在有机硅网络中以提供蜂窝状结构的多个空隙。
[0009]在另一个方面，提供了一种可聚合的有机硅组合物，其包含：由硅酸盐MQ树脂和 一定量的分散在硅酸盐MQ树脂中的水构成的MQ-水团簇，所述量的范围为MQ-水团簇的总 重量的约1 %至约99% ;和有机硅流体，其中所述MQ-水团簇和有机硅流体共同提供。
[0010] 在另一个方面，提供了一种制备有机硅泡沫的方法，其包括：向硅酸盐MQ树脂中 分散一定量的水以提供MQ-水团簇；向有机硅流体中分散稳定的MQ-水团簇以获得具有 MQ-水团簇作为不连续相而有机娃流体作为连续相的有机娃逆乳液；以及通过放出MQ-水 团簇中的水来使有机硅乳液发泡以提供蜂窝状结构。
【附图说明】
[0011] 图1示出了一个示例性实施例中的树脂组分的化学结构。
[0012] 图2为示出了用来制备本发明的一个示例性实施例的步骤的框图。
[0013]图3为示出了用来制备本发明的另一个示例性实施例的步骤的框图。
[0014]图4为示出了用来制备本发明的另一个示例性实施例的步骤的框图。
[0015]图5为使用图2的步骤制得的有机硅泡沫试样的显微图。
[0016] 图6为图5中的有机硅泡沫在更高放大倍数下的显微图。
【具体实施方式】
[0017]在本专利申请全文的若干地方，通过实例列表提供指导，实例可用于多种组合中。 在每一种情形下，所列举的列表仅仅作为代表性群组，而不应被理解为排他性列表。
[0018]通过端点表述的任何数值范围包括该范围内所包含的所有数值（例如，1至5包括 1、1.5、2、2.75、3、3. 80、4、5 等）。
[0019]术语"一个"、"一种"、"所述"、"至少一种（个）"和"一种（个）或多种（个）"可 互换使用。因此，例如，包括提供"一种"泡沫制品的步骤的方法可理解为指该方法包括提 供"一种或多种"泡沫制品的步骤。
[0020] 本发明的制品、组件、套件和方法与有机硅泡沫有关。这些泡沫衍生自能够聚合并 然后干燥以提供成品泡沫材料的可聚合组合物。在优选的实施例中，可聚合组合物继而为 稳定的有机硅乳液，其至少包含硅酸盐MQ树脂、有机硅流体和一定量的水。任选地，所述乳 液可还含有其它组分，包括但不限于颜料、染料、抗氧化剂、催化剂、引发剂、表面活性剂、增 粘剂、增塑剂、交联剂、填料颗粒、阻燃剂、抗微生物剂、流变改性剂、相容的流体、不相容的 流体和中空微球。成品有机硅泡沫通常含有上面提到的MQ树脂和有机硅流体的聚合类似 物。
[0021]如本文所用，术语"有机硅"包括含有具有二烷基或二芳基硅氧烷（-SiR2〇-)重复 单元