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CN1368520A - 室温可固化的硅橡胶组合物 - Google Patents

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CN1368520A
CN1368520A CN02102356A CN02102356A CN1368520A CN 1368520 A CN1368520 A CN 1368520A CN 02102356 A CN02102356 A CN 02102356A CN 02102356 A CN02102356 A CN 02102356A CN 1368520 A CN1368520 A CN 1368520A
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冈部一利
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Abstract

具有对各种基材的优异粘合力的无流挂和可挤出的室温可固化的硅橡胶组合物,它包括:(A)在分子链端部具有硅键接的烷氧基的二有机基聚硅氧烷,(B)表面疏水化干法硅石,(C)非表面疏水化干法硅石,(D)烷氧基硅烷,(E)有机钛化合物,和(F)光稳定剂和/或UV吸收剂。

Description

室温可固化的硅橡胶组合物
本发明的领域
本发明是室温可固化的硅橡胶组合物，特别是无流挂和可挤出的室温可固化的硅橡胶组合物，当与基材接触的组合物被固化时，表现了对各种基材的优异和坚固的粘合。
本发明的背景
在本领域中，已知有大量的组合物当与空气湿气接触时在室温下固化以产生硅橡胶。这类组合物包括释放醇的室温可固化的硅橡胶组合物，它的主要组分是烷氧基甲硅烷基终端的二有机基聚硅氧烷和烷氧基硅烷。这些释放醇的室温可固化的硅橡胶组合物在有机钛化合物催化剂的存在下在释放醇的情况下固化。它们经常用作电气/电子仪器和设备的密封剂和粘合剂和用作建筑构件的密封剂，因为它们缺乏不令人愉快的臭味和不腐蚀金属(例如，参考日本特许公报(Kokoku或经审查的)专利申请号Sho 39-27643(27,643/1964)和日本公开特许公报(Kokai或未经审查的(专利申请号Sho 55-43119(43,119/1980)和Sho62-252456(252,456/1987))。然而，这类释放醇的室温可固化的硅橡胶组合物对各种基材，如玻璃、橡胶和金属的粘合力差，因此在一些应用中不能提供完全令人满意的性能。
本发明人发现，上述问题能够通过将两种特定类型的干法硅石混合到以特殊二有机基聚硅氧烷为基础的释放醇的室温可固化硅橡胶组合物中来解决。
更具体地，本发明的目的是提供无流挂和可挤出的室温可固化的硅橡胶组合物，当与基材接触的该组合物被固化时，表现了对各种基材的优异和坚固的粘合。
本发明的概述
本发明是室温可固化的硅橡胶组合物，它包括：
(A)100重量份的包括以下组分的二有机基聚硅氧烷：
(a-1)20-100重量份的用以下通式描述的二有机基聚硅氧烷：
Figure A0210235600051
其中R1和R2表示烷基或烷氧基烷基；R3选自一价烃基，卤化烃基，和氰基烷基；a是0或1；Y选自氧原子，二价烃基，和用以下通式描述的基团：
其中R3定义如上和Z表示二价烃基；和n是产生于25℃下20-1,000,000mPa.s的粘度的正数值
和
(a-2)80-0重量份的用以下通式描述的二有机基聚硅氧烷：
Figure A0210235600053
其中R1、R2和R3定义如上，R4是烷基或烯基，和Y、a和n定义如上；
(B)1-20重量份的表面疏水化的干法硅石；
(C)1-20重量份的非表面疏水化的干法硅石；
(D)1-25重量份的用通式R5 bSi(OR6)4-b描述的烷氧基硅烷，其中R5表示一价烃基，R6是烷基或烷氧基烷基，和b是0或1，或者它的部分水解和缩合产物；
(E)0.5-10重量份的有机钛化合物；
和
(F)0.01-5重量份光稳定剂和/或紫外线吸收剂。
                       本发明的描述
本发明涉及室温可固化的硅橡胶组合物，包括：
(A)100重量份的包括以下组分的二有机基聚硅氧烷：
(a-1)20-100重量份的用以下通式描述的二有机基聚硅氧烷：
Figure A0210235600061
其中R1和R2表示烷基或烷氧基烷基；R3选自一价烃基，卤化烃基，和氰基烷基；a是0或1；Y选自氧原子，二价烃基，和用以下通式描述的基团：
Figure A0210235600062
其中R3定义如上和Z表示二价烃基；和n是产生在25℃下20-1,000,000mPa.s的粘度的正数值
和
(a-2)80-0重量份的用以下通式描述的二有机基聚硅氧烷：
Figure A0210235600063
其中R1、R2和R3定义如上，R4是烷基或烯基，和Y、a和n定义如上；
(B)1-20重量份的表面疏水化的干法硅石；
(C)1-20重量份的非表面疏水化的干法硅石；
(D)1-25重量份的用通式R5 bSi(OR6)4-b描述的烷氧基硅烷，其中R5表示一价烃基，R6是烷基或烷氧基烷基，和b是0或1，或者它的部分水解和缩合产物；
(E)0.5-10重量份的有机钛化合物；
和
(F)0.01-5重量份光稳定剂和/或紫外线吸收剂。
为了更详细地解释本发明，二有机基聚硅氧烷(A)是组合物的基本组分。组分(A)所包括的组分(a-1)是在分子链两端具有可水解的烷氧基或烷氧基烷氧基的二有机基聚硅氧烷。在前面结构式中用于该二有机基聚硅氧烷的R1和R1各表示烷基如甲基、乙基、丙基或丁基，或者烷氧基烷基如甲氧基乙基，乙氧基乙基，甲氧基丙基，或甲氧基丁基。R3选自一价烃基、卤化烃基和氰基烷基。R例如能够是烷基如甲基、乙基、丙基、或丁基；环烷基如环戊基或环己基；烯基如乙烯基或烯丙基；芳基如苯基，甲苯基或萘基；芳烷基如苄基、苯乙基或苯丙基；卤化烃基如氯甲基，三氟丙基或氯丙基；或者氰基烷基如β-氰基乙基或γ-氰基丙基。在前面所列举的当中，甲基是优选的。Y和Z能够各自表示二价烃基，对此，亚烷基是优选的，例如，亚甲基，亚丙基，和亚丁基。下标n表示提供在25℃下20-1,000,000mPa.s的粘度的正数值。
组分(a-2)是只在单个分子链末端具有可水解的烷氧基或烷氧基烷基的二有机基聚硅氧烷，它用于降低由本发明组合物所获得的固化硅橡胶的模量。在组分(a-2)的前述结构式中的R1、R3、R3、a、n、Y和Z具有与用于组分(a-1)的相同的定义。R4是烷基如甲基、乙基、丙基或丁基，或烯基，如乙烯基或烯丙基。组分(A)包括20-100重量份组分(a-1)和80-0重量份(a-2)，其中二者的总数是100重量份。当需要增加固化产物的模量时，应该使用较大的组分(a-1)含量，而当需要降低模量时，应该使用较大的组分(a-2)含量。另外，组分(A)可以只由100重量份的组分(a-1)组成。
组分(B)是表面疏水化干法硅石。该组分用于赋予本组合物以机械强度和赋予对各种基材的粘合。该干法硅石能够通过使用任何疏水化剂使下面所述用于组分(C)的非表面疏水化干法硅石的表面进行疏水化来获得。疏水化剂能够例举六甲基二硅氮烷，四甲基二乙烯基二硅氮烷，二甲基二氯硅烷，三甲基氯硅烷，三甲基甲硅烷醇，甲基氢聚硅氧烷，八甲基环四硅氧烷和甲硅烷醇终端的二甲基硅氧烷低聚物。这些疏水化剂通过与存在于干法硅石的表面上的甲硅烷醇反应来引起表面疏水化。例如，能够通过将疏水化剂加入到干法硅石中，然后在加热的情况下混合，或者通过将疏水化剂滴加到干法硅石中，同时搅拌和加热硅石来制备组分(B)。当该制备方法在加热下、但完全不用任何混合来进行时，由于疏水化剂的低蒸汽压力，疏水化处理是不均匀的。当在另一个极端，即该制备方法在强烈混合下进行时，在干法硅石颗粒之间的接触将引起结构特征的丧失和堆密度的增加，导致干法硅石的流动性下降。缓和的混合条件因此是优选的，其中优选的加热温度范围是100-200℃。
组分(B)是细分粉末，优选具有至少100m2/g的BET比表面积。
组分(B)的碳原子含量优选是0.1-5wt％，更优选是0.1-1.6wt％。该碳原子含量例如能够通过在日本公开特许公报(Kokai或未审查的)专利申请号Hei 9-71411(71,411/1997)中所述的操作程序来测量。在该操作程序中，将干法硅石加热到1000℃以便热降解存在于表面上的含碳表面改性基团，转化成二氧化碳。二氧化碳的量然后通过用痕量碳分析仪分析来进行测量。组分(B)也优选具有0.1-7wt％的燃烧损失(在1000℃加热2小时时的重量减轻)。
组分(C)是非表面疏水化干法硅石。该组分通过与组分(B)结合使用用于赋予本组合物的无流挂特性和用于改进由本组合物获得的固化产物的机械强度。该干法硅石能够例举热解法硅石，它是四氯化硅在氢氧焰中的水解来产生，以及电弧法硅石，它是通过用电弧将硅石砂/焦炭混合物加热到高温产生的。在考虑中的干法硅石的实例能用以下产品名商购：Nippon Aerosil Co.，Ltd.(Japan)的Aerosil 130，200，300和380，和Cabot Corporation(USA)的Cab-O-Sil M-5，MS-7，MS-75，HS-7，ET-7，HS-5和ET-5。组分(C)以1-20重量份/100重量份组分(A)使用。非流挂性能在低于1重量份时下降，而本组合物的可挤出性在高于20重量份时下降。组分(B)：组分(C)重量比优选是1∶0.1-1∶10。组分(B)和(C)的总数优选是2-20重量份/100重量份组分(A)。
组分(D)是交联剂，包括具有通式R5 bSi(OR6)4-b烷氧基硅烷或它的部分水解和缩合产物。在式中的R5表示一价烃基(例如，烷基如甲基、乙基、丙基或丁基，或者烯基，如乙烯基或烯丙基)，R6是烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基)或烷氧基烷基(例如甲氧基甲基、乙氧基乙基、甲氧基丙基、甲氧基丁基)，和b是0或1。组分(D)能够例举三官能烷氧基硅烷如甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，乙基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，和甲基三甲氧基乙氧基硅烷；四官能烷氧基硅烷，如四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷；和这些硅烷的部分水解和缩合产物。组分(D)能够采取单一化合物或两种或多种化合物的混合物的形式。
使用太少的组分(D)导致诸如组合物的不充分的固化和在贮存过程中发生增稠和凝胶化的强烈趋向的这类问题。使用太多的组分(D)引起诸如固化慢和经济上不利的这类问题。因为这些原因，组分(D)应该以1-25重量份和优选以2-10重量份/100重量份组分(A)使用。
有机基钛化合物(E)是用于本组合物的固化催化剂，可例举钛酸酯类如四(异丙氧基)钛，四(正丁氧基)钛，和四(叔丁氧基)钛和例举钛螯合物如二(异丙氧基)双(乙酰乙酸乙酯)钛，二(异丙氧基)双(乙酰乙酸甲酯)钛，和二(异丙氧基)双(乙酰基丙酮)钛。加入太少的组分(E)导致组合物的固化慢，而添加太多导致诸如低劣贮存稳定性和经济上不利的这类问题。因为这些原因，组分(E)应该以0.5-10重量份和优选以1-5重量份/100重量份组分(A)使用。
组分(F)所包括的光稳定剂和紫外线(UV)吸收剂用于赋予本组合物以持久的粘合。迄今已知用于有机树脂或有机橡胶以便赋予耐候性的光稳定剂和UV吸收剂能够用作组分(F)。光稳定剂优选采用位阻胺化合物的形式。该位阻胺化合物可以例举具有以下化学结构式的化合物。
其它实例是全部来自Asahi Denka Kogyo Kabushiki Kaisha的Adekastab LA-52，Adekastab LA-57，Adekastab LA-62，AdekastabLA-67，Adekastab LA-77，Adekastab LA-63P，和Adekastab LA-68LD，以及来自Ciba Specialty Chemicals的CHIMASSORB 944和CHIMASSORB 119。
UV吸收剂能够例举苯并三唑类化合物，二苯甲酮类化合物，芳基酯化合物，氰基丙烯酸酯化合物和三嗪类化合物，其中氰基丙烯酸酯化合物和三嗪类化合物是优选的。氰基丙烯酸酯化合物UV吸收剂能够例举具有以下化学结构式的化合物。
Figure A0210235600111
三嗪类化合物UV吸收剂能够例举具有以下化学结构式的化合物。
Figure A0210235600112
组分(F)以0.01-5重量份和优选以0.1-2重量份/100重量份组分(A)的范围添加。当组分(F)的添加量低于该给定范围时，粘合的耐久性减低，而当组分(F)的添加量超过该给定范围时，粘合力和机械强度下降。光稳定剂+UV吸收剂结合物优选用于组分(F)，在该情况下，光稳定剂：UV吸收剂比率优选是在1∶0.1-1∶2(以重量比表示)的范围内。
本组合物包括上述组分(A)-(F)，但还可以含有用于使组合物的粘合力附加改进的0.01-5重量份(G)环氧官能化有机基烷氧基硅烷，氨基烷基官能化有机基烷氧基硅烷，或它们的反应混合物。组合物还可以含有0.01-5重量份的聚烯化氧-改性的有机基聚硅氧烷作为流挂抑制剂，以及用于为了产生低模量固化产物，可以含有二官能烷氧基硅烷(例如，二甲基二甲氧基硅烷，二苯基二甲氧基硅烷)或三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷。
本组合物还可以含有在不损害本发明的目的的范围内的已知用于硅橡胶组合物的各种添加剂。这些添加剂可以例举除了干法硅石以外的无机填料，有机溶剂，防霉剂，阻燃剂，热稳定剂，增塑剂，触变剂和颜料。无机填料能够例举湿法硅石，细粉石英，碳酸钙，热解法二氧化钛，硅藻土，氢氧化铝粉末，氧化铝粉末氧化镁粉末，氧化锌粉末，和碳酸锌粉末，以及例举通过用例如有机基硅烷、硅氮烷或硅氧烷低聚物进行表面处理的表面疏水化之后的这些相同填料。
在排除水分的同时，简单通过混合组分(A)-(F)和任何任选的添加剂到均匀状态，能够制备本组合物。所得组合物然后能够密封贮存在气密容器中，当需要使用时曝露于空气，于是在空气湿气的影响下固化以产生硅橡胶。
本组合物具有优异的无流挂特性和可挤出性，表现了对各种基材优异的粘合，当与基材接触的组合物被固化时。该组合物因此可用于其中需要这些性能的那些应用，例如作为建筑密封剂或工业密封剂或粘合剂。
实施例
以下通过工作实施例来更详细地解释本发明。在实施例中报道的粘度值在25℃下测量。在实施例中使用以下缩写：Me为甲基，Et为乙基。以下操作程序用于测量室温可固化的硅橡胶组合物的流挂特性，可挤出性，初始粘合和粘合耐久性。
流挂特性
将室温可固化硅橡胶组合物装入到2.5mL注射器中。然后切断注射器的针头(直径＝1mm)，以1mm/10秒的挤出速度挤出室温可固化的硅橡胶组合物。测量直到组合物流挂时前进的距离。
可挤出性
将室温可固化硅橡胶组合物装入到2.5mL注射器中。然后切断注射器的针头(直径＝1mm)，以及测量在1.5kgf/cm2的压力下从针头挤出2mL组合物所需的时间(秒)。
初始粘合力
将室温可固化硅橡胶组合物以珠滴的形式从药筒挤出到以下各基材的表面：玻璃片，金属片(铝、不锈钢和铜)，以及塑料片(氯乙烯，聚碳酸酯，和聚甲基丙烯酸甲酯)。然后于保持在25℃的温度和50％的湿度的固化室中放置3天来进行固化。随后通过手拉动固化硅橡胶珠粒的末端以便从基材上剥离硅橡胶珠粒来测量粘合力。测量结果按照以下标准来评价：
+：在硅橡胶层中有破裂(100％内聚破坏)
Δ：在硅橡胶层和基材之间的界面处部分发生剥离(50-99％内聚破坏)
×：在硅橡胶层和基材之间的界面处大部分发生剥离(0-49％内聚破坏)
粘合耐久性
通过将室温可固化的硅橡胶组合物以珠滴形式从药筒中挤出到玻璃片和金属片(铝、不锈钢、铜)的表面上来制备粘合剂样品。然后通过使粘合剂样品在25℃的温度和50％的湿度的固化室中保持3天来进行固化。在固化之后，粘合剂样品在室温下(50℃)在水中保持3天。在取出粘合剂样品时，通过手拉动固化硅橡胶珠的末端以便从基材上剥离硅橡胶珠来测量粘合力。测量结果按照以下标准进行评价：
+：在硅橡胶层中有破裂(100％内聚破坏)
Δ：在硅橡胶层和基材之间的界面处部分发生剥离(50-99％内聚破坏)
×：在硅橡胶层和基材之间的界面处大部分发生剥离(0-49％内聚破坏)
实施例1
通过混合以下组分制备硅橡胶基化合物：40重量份的具有15,000mPa.s的粘度和以下给出的式(1)(在式(I)中的n是得到15,000mPa.s的粘度的正数值)的α，ω-三乙氧基甲硅烷基亚乙基二甲基聚硅氧烷，60重量份的具有15,000mPa.s的粘度和以下给出的式(2)(在式(2)中的n是得到15,000mPa.s的粘度的正数值)的α-甲基-ω-三乙氧基甲硅烷基亚乙基二甲基聚硅氧烷，5重量份的具有110m2/g的BET比表面积的表面疏水化(用二甲基二氯硅烷处理)干法硅石(碳原子含量＝1.1wt％，燃烧损失＝2wt％)，和5重量份的具有200m2/g的BET比表面积的非表面疏水化干法硅石。将以下组分均匀混合到该硅橡胶基复合物中，同时排除湿气以便制备室温可固化的硅橡胶组合物：2.55重量份的甲基三甲氧基硅烷，2.55重量份的异丁基三甲氧基硅烷3重量份四(叔丁氧基)钛，0.5重量份的γ-氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷的反应混合物(该反应混合物通过以1∶2的摩尔比混合γ-氨基丙基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，并将该混合物在25℃和50％的湿度下保持4周来制备)，1重量份的聚烯化氧-改性的甲基聚硅氧烷(购自Toray DowCorning Company，Limited的SF 8428)，以及0.3重量份位阻胺光稳定剂(购自Asahi Denka Kogyo Kabushiki Kaisha的AdekastabLA-67，2，2，6，6-四甲基-4-哌啶醇，十三烷醇和1，2，3，4-丁烷四羧酸的缩合物)。测量室温可固化的硅橡胶组合物的流挂特性、可挤出性、初始粘合力和粘合耐久性，结果在以下表1和2中报道。
Figure A0210235600141
Figure A0210235600151
实施例2
如实施例1中所述制备室温可固化的硅橡胶组合物，但在本实施例中，使用在实施例1中使用的7.5重量份的具有110m2/g的比表面积的表面疏水化(用二甲基二氯硅烷处理)干法硅石和2.5重量份的非表面疏水化干法硅石(BET比表面积＝200m2/g)。测量室温可固化的硅橡胶组合物的流挂特性、可挤出性、初始粘合力和粘合耐久性，结果在以下表1和2中报道。
实施例3
如实施例1中所述制备室温可固化的硅橡胶组合物，但在本实施例中，使用在实施例1中使用的2.5重量份的具有110m2/g的比表面积的表面疏水化(用二甲基二氯硅烷处理)干法硅石和7.5重量份的非表面疏水化干法硅石(BET比表面积＝200m2/g)。测量室温可固化的硅橡胶组合物的流挂特性、可挤出性、初始粘合力和粘合耐久性，结果在以下表1和2中报道。
对比实施例1
如在实施例1中所述制备室温可固化的硅橡胶组合物，但在本实施例中，用在实施例1中使用的5重量份的非表面疏水化干法硅石(BET比表面积＝200m2/g)替换在实施例1中使用的5重量份的具有110m2/g的比表面积的表面疏水化(用二甲基二氯硅烷处理)干法硅石。这使非表面疏水化干法硅石(BET比表面积＝200m2/g)的添加量增加到10重量份。测量室温可固化的硅橡胶组合物的流挂特性、可挤出性、初始粘合力和粘合耐久性，结果在以下表1和2中报道。
对比实施例2
如在实施例1中所述制备室温可固化的硅橡胶组合物，但在本实施例中，用在实施例1中使用的5重量份的具有110m2/g的比表面积的表面疏水化(用二甲基二氯硅烷处理)干法硅石替换在实施例1中使用的5重量份的非表面疏水化干法硅石(BET比表面积＝200m2/g)。这使具有110m2/g的比表面积的表面疏水化(用二甲基二氯硅烷处理)干法硅石的添加量增加到10重量份。测量室温可固化的硅橡胶组合物的流挂特性、可挤出性、初始粘合力和粘合耐久性，结果在以下表1和2中报道。表1
实施例 对比实施例
1 2 3 1 2
流变学性能流挂特性(mm)可挤出性(sec/2mL) 25 20 30 35 18
25 22 30 35 20
初始粘合力
玻璃片 + + + Δ +
铝片 + + + Δ +
不锈钢片 + + + Δ Δ
铜片 + + + Δ +
聚氯乙烯片 + + + + +
聚碳酸酯片 + + + + +
聚甲基丙烯酸甲酯片 + + + + +
表2
实施例 对比实施例
1  2  3  1  2
粘合耐久性
玻璃片 + + + Δ +
铝片 + + + Δ Δ
不锈钢片 + + Δ Δ Δ
铜片 + + Δ Δ Δ

Claims (11)

1、室温可固化的硅橡胶组合物，它包括：
(A)100重量份的包括以下组分的二有机基聚硅氧烷：
(a-1)20-100重量份的用以下通式描述的二有机基聚硅氧烷：
Figure A0210235600021
其中R1和R2表示烷基或烷氧基烷基；R3选自一价烃基，卤化烃基，和氰基烷基；a是0或1；Y选自氧原子，二价烃基，和用以下通式描述的基团：
其中R3定义如上和Z表示二价烃基；和n是产生在25℃下20-1,000,000mPa.s的粘度的正数值
和
(a-2)80-0重量份的用以下通式描述的二有机基聚硅氧烷：
其中R1、R2和R3定义如上，R4是烷基或烯基，和Y、a和n定义如上；
(B)1-20重量份的表面疏水化的干法硅石；
(C)1-20重量份的非表面疏水化的干法硅石；
(D)1-25重量份的用通式R5 bSi(OR6)4-b描述的烷氧基硅烷，其中R5表示一价烃基，R6是烷基或烷氧基烷基，和b是0或1，或者它的部分水解和缩合产物；
(E)0.5-10重量份的有机钛化合物；
和
(F)0.01-5重量份光稳定剂和/或紫外线吸收剂。
2、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中在组分(a-1)和(a-2)中的Y是亚烷基。
3、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(B)具有0.1-5wt％的碳原子含量。
4、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(B)具有在1000℃下加热2小时之后的0.1-7wt％的燃烧重量损失。
5、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(B)∶组分(C)的重量比是1∶0.1-1∶10。
6、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(F)的光稳定剂是位阻胺化合物。
7、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，进一步包括：
(G)0.01-5wt％的选自环氧官能有机基烷氧基硅烷，氨基烷基官能有机基烷氧基硅烷，和它们的反应混合物的化合物。
8、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物用作建筑密封剂。
9、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(B)具有至少100m2/g的BET比表面积。
10、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(B)具有0.1-1.6wt％的碳原子含量。
12、权利要求1的室温可固化的硅橡胶组合物，其中组分(F)包括重量比为1∶0.1-1.2的光稳定剂和UV吸收剂。
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