生物基硅橡胶及其制备方法与流程

1.本发明属于生物硅橡胶技术领域，尤其涉及一种生物基硅橡胶及其制备方法。


背景技术：

2.硅橡胶是指分子主链为
‑
si
‑
o
‑
无机结构，侧链为有机基团的一类弹性体，因其具有耐高低温性能好、耐腐蚀性强、耐老化性与电绝缘性能优良等特性，被广泛应用于电器、通讯、航空、医疗、食品等各个领域。然而由于硅橡胶是一种直链高分子结构，容易降解，因而易造成环境问题。因此开发一种环保生物基硅橡胶材料，改善硅胶材料的环保性，这将对资源开发利用和环境保护具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种生物基硅橡胶及其制备方法，该生物基硅橡胶可保证硅橡胶一定的硬度、弹性、耐热性、扯断拉伸强度的同时，大幅度地提升了硅橡胶的生物环保性，拓宽了硅橡胶的应用范围。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种生物基硅橡胶，按重量份包括下列原料组分：甲基乙烯基生胶100份、白炭黑30
‑
60份、玉米淀粉30
‑
50份、羟基硅油0.5
‑
2份、正硅酸乙酯0.1
‑
1份、脱模助剂0.1
‑
0.4份。
5.上述方案中，通过将甲基乙烯基生胶、羟基硅油等原料混合后，在不提高白炭黑质量比的前提下，通过添加玉米淀粉对硅橡胶进行改性，可使制备得到的硅橡胶在硬度、弹性、耐热性、扯断拉伸强度满足需要，通过添加正硅酸乙酯，可进一步有助于改善玉米淀粉在硅胶中的分散性和结合性，缩短了炼胶时间，从而在大幅度提升硅橡胶的环保性能以及生产效率。
6.作为优选，所述白炭黑的比表面积为200
±
20
㎡
/g。可以理解的是，本方案对白炭黑的比表面积进行限定，目的在于该比表面积下的白炭黑可增加对硅橡胶的补强作用，从而提高硅橡胶的弹性强度与扯断拉伸强度。
7.作为优选，所述白炭黑为未经表面处理的白炭黑，选自气相白炭黑或沉淀白炭黑。可以理解的是，本方案中所选用的白炭黑在硅橡胶中具有良好的分散性和补强性，可进一步提高白炭黑对硅橡胶的补强效果。
8.作为优选，所述玉米淀粉为改性玉米淀粉，所述改性玉米淀粉通过以下方法制备得到：将玉米淀粉加热烘干，使其水分蒸发，将水分控制在0.8％以下后，加入分散剂和偶联剂，搅拌混匀。
9.上述方案中，可通过加入分散剂和偶联剂并控制玉米淀粉中的水分实现对玉米淀粉的改性，采用该方法对玉米淀粉改性，其目的在于增加玉米淀粉在硅胶中的分散性和与硅胶材质的结合性，以使所得产品达到最优的物性。在进一步优选方案中，可将玉米淀粉加热至80
‑
120℃，以有效去除玉米淀粉中的水份。
10.作为优选，所加入的分散剂为二甲基硅油，优选为1000cs二甲基硅油；所加入的偶
联剂为正硅酸乙酯，优选为teos正硅酸乙酯。
11.作为优选，所述正硅酸乙酯中二氧化硅的含量大于28％，优选为40～42％；所述脱膜助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钡，优选为硬脂酸钙。可以理解的是，对上述正硅酸乙酯的二氧化硅含量进行了限定，只有在其硅含量达到上述指标，才会确保最终产品具有较好的物性。
12.作为优选，所述生物基硅橡胶物性标准的邵氏a硬度为20～70度，伸率为200～750％，扯断拉伸强度达5mpa，撕裂强度达2.0
×
104n/m。
13.本发明还提供了一种根据上述任一项技术方案所述的生物基硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
14.将甲基乙烯基生胶、羟基硅油、脱模助剂投入捏合机中进行捏合预混；
15.分3～5批加入白炭黑，混合成团后升温并抽真空；
16.冷却至60
‑
80℃后，分3～5批加入玉米淀粉和正硅酸乙酯，混合成团后再升温到100～120℃，然后抽真空1小时，得到生物基硅橡胶。
17.上述方案中，通过将生物基硅橡胶原料捏合，并与白炭黑反应，降温至60
‑
80℃后再加入生物材料玉米淀粉以及正硅酸乙酯。可以理解的是，玉米淀粉需要在体系降温后再行加入，是为了避免玉米淀粉混合在胶料中之前，温度过高造成玉米淀粉的老化，以保证工艺的科学性和安全性；此外，还需同时加入正硅酸乙酯，目的在于利用正硅酸乙酯改善玉米淀粉在硅胶中的分散性和结合性，缩短炼胶时间，以提高硅橡胶的生产效率。在这种情况下，生产过程仅需要4
‑
6小时，比现有技术节省30％左右的生产时间，工艺简单，可操作性强。需要说明的是，由于正硅酸乙酯具有易挥发性，且硅胶团在捏合的过程中温度过高容易产生火花，因此成团前的捏合温度应不超过80℃。
18.作为优选，混合成团后，将体系升温至150
‑
160℃，并抽真空至
‑5×
10
‑2～
‑7×
10
‑2mpa。
19.上述方案中，升温抽真空的目的是为了使经过表面处理的气相白炭黑与原料充分反应，均匀地分散在甲基乙烯基生胶中，同时除去胶料内的低分子物质与水分，以提高硅橡胶成品的物理性能。
20.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
21.(1)通过在生物基硅橡胶的原料中添加玉米淀粉，在保证硅橡胶一定的硬度、弹性、耐热性、扯断拉伸强度的同时，大幅度地提升了硅橡胶的生物环保性，拓宽了硅橡胶的应用范围。
22.(2)将生物基硅橡胶原料捏合后，降温至80℃后再加入玉米淀粉与正硅酸乙酯，保证了工艺的科学性和安全性，提高了硅橡胶的生产效率，工艺简单，可操作性强。
具体实施方式
23.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.生物基硅橡胶，其原料包括：甲基乙烯基生胶100份、经过表面处理的白炭黑30份、羟基硅油0.5份、生物材料玉米淀粉35份、正硅酸乙酯0.5份，脱模助剂硬脂酸钙0.3份。其中，玉米淀粉的水含量为0.8％；正硅酸乙酯的二氧化硅含量40％。
26.制备方法如下：
27.将甲基乙烯基生胶100份、羟基硅油0.5份、脱模助剂脂酸钙0.3份投入真空捏合机中，捏合10分钟(捏合温度不超过80℃)；
28.分5批加入经过表面处理的白炭黑30份，每次捏合成团后再加入下一批经过表面处理的气相白炭黑，待经过表面处理的白炭黑全部加入并捏合成团后通入蒸汽将捏合机内温度升至160℃，同时抽真空至
‑
0.07mpa，保温保压1小时，制得硅胶团；
29.将上述步骤得到的硅胶团放在室温下自然冷却至80℃，分5批加入水含量0.8％的生物材料玉米淀粉35份与二氧化硅含量为40％的正硅酸乙酯0.5份，每次混合成团后再加入下一批次的生物材料玉米淀粉与正硅酸乙酯；待混合成团后，再升温到110℃，抽真空1小时，得到生物基硅橡胶。
30.实施例2
31.生物基硅橡胶，其原料包括：甲基乙烯基生胶100份、经过表面处理的白炭黑40份、羟基硅油1.2份、生物材料玉米淀粉45份、正硅酸乙酯0.55份，脱模助剂硬脂酸钙0.3份。其中，玉米淀粉的水含量为0.8％；正硅酸乙酯的二氧化硅含量40％。
32.制备方法如下：
33.将甲基乙烯基生胶100份、羟基硅油1.2份、脱模助剂脂酸钙0.3份投入真空捏合机中，捏合10分钟(捏合温度不超过80℃)；
34.分5批加入经过表面处理的白炭黑40份，每次捏合成团后再加入下一批经过表面处理的气相白炭黑，待经过表面处理的白炭黑全部加入并捏合成团后通入蒸汽将捏合机内温度升至150℃，同时抽真空至
‑
0.05mpa，保温保压2小时，制得硅胶团；
35.将上述步骤得到的硅胶团放在室温下自然冷却至80℃，分5批加入水含量0.8％的生物材料玉米淀粉45份与二氧化硅含量为40％的正硅酸乙酯0.55份，每次混合成团后再加入下一批次的生物材料玉米淀粉与正硅酸乙酯；待混合成团后，再升温到100℃，抽真空1小时，得到生物基硅橡胶。
36.实施例3
37.生物基硅橡胶，其原料包括：甲基乙烯基生胶100份、经过表面处理的白炭黑55份、羟基硅油1.5份、生物材料玉米淀粉50份、正硅酸乙酯0.6份，脱模助剂硬脂酸钙0.3份。其中，玉米淀粉的水含量为0.8％；正硅酸乙酯的二氧化硅含量40％。
38.制备方法如下：
39.将甲基乙烯基生胶100份、羟基硅油1.5份、脱模助剂脂酸钙0.3份投入真空捏合机中，捏合10分钟(捏合温度不超过80℃)；
40.分5批加入经过表面处理的白炭黑55份，每次捏合成团后再加入下一批经过表面处理的气相白炭黑，待经过表面处理的白炭黑全部加入并捏合成团后通入蒸汽将捏合机内温度升至15℃，同时抽真空至
‑
0.06mpa，保温保压1小时，制得硅胶团；
41.将上述步骤得到的硅胶团放在室温下自然冷却至80℃，分5批加入水含量0.8％的生物材料玉米淀粉50份与二氧化硅含量为40％的正硅酸乙酯0.6份，每次混合成团后再加
入下一批次的生物材料玉米淀粉与正硅酸乙酯；待混合成团后，再升温到100℃，抽真空1小时，得到生物基硅橡胶。
42.实施例4
43.生物基硅橡胶，其原料包括：甲基乙烯基生胶100份、经过表面处理的白炭黑40份、羟基硅油2份、生物材料玉米淀粉60份、正硅酸乙酯1份，脱模助剂硬脂酸钙0.4份。其中，玉米淀粉的水含量为0.8％；正硅酸乙酯的二氧化硅含量42％。
44.制备方法如下：
45.将甲基乙烯基生胶100份、羟基硅油2份、脱模助剂脂酸钙0.4份投入真空捏合机中，捏合10分钟(捏合温度不超过80℃)；
46.分5批加入经过表面处理的白炭黑40份，每次捏合成团后再加入下一批经过表面处理的气相白炭黑，待经过表面处理的白炭黑全部加入并捏合成团后通入蒸汽将捏合机内温度升至165℃，同时抽真空至
‑
0.06mpa，保温保压1小时，制得硅胶团；
47.将上述步骤得到的硅胶团放在室温下自然冷却至80℃，分5批加入水含量0.8％的生物材料玉米淀粉30份与二氧化硅含量为42％的正硅酸乙酯1份，每次混合成团后再加入下一批次的生物材料玉米淀粉与正硅酸乙酯；待混合成团后，再升温到120℃，抽真空1小时，得到生物基硅橡胶。
48.性能标准及性能测试结果
49.为更好地说明本发明实施例所制得的生物基硅橡胶符合使用要求，制定了各个实施例生物基硅胶的性能标准及性能测试结果。
50.表1实施例1性能标准及测试结果
51.性能测试项目性能测试方法性能标准性能测试数据硬度astm d
‑
224020
±
221拉伸强度astm d
‑
4125mpa以上5.4伸率astm d
‑
412600以上627撕裂强度astm d
‑
6242.0*104n/m以上2.1*104可塑度astm d
‑
926100
±
1597
52.表2实施例2性能标准及测试结果
53.性能测试项目性能测试方法性能标准性能测试数据硬度astm d
‑
224035
±
237拉伸强度astm d
‑
4125mpa以上5.8伸率astm d
‑
412400以上513撕裂强度astm d
‑
6242.0*104n/m以上2.5*104可塑度astm d
‑
926120
±
15130
54.表3实施例3性能标准及测试结果
55.[0056][0057]
表4实施例4性能标准及测试结果
[0058]
性能测试项目性能测试方法性能标准性能测试数据硬度astm d
‑
224060
±
258拉伸强度astm d
‑
4125mpa以上5.2伸率astm d
‑
412250以上303撕裂强度astm d
‑
6242.0*104n/m以上2.2*104可塑度astm d
‑
926260
±
15249