張文龍

(安徽省鋁制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，安徽 淮北 235000)

室溫硫化硅橡膠的合成工藝研究

張文龍

(安徽省鋁制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，安徽 淮北 235000)

圍繞硫化硅橡膠的合成過(guò)程展開研究，分析其中的問(wèn)題，并對(duì)其中的步驟進(jìn)行改進(jìn)。比如，如何控制催化劑質(zhì)量、加強(qiáng)轉(zhuǎn)化率、提升產(chǎn)品質(zhì)量，怎樣進(jìn)行流程的優(yōu)化等。實(shí)驗(yàn)使用300 L容量的反應(yīng)釜，對(duì)原工藝進(jìn)行優(yōu)化改造，將投料增加為260 kg，流程周期縮短為8 h，得到硫化硅橡膠為213 kg，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)效率提高1倍多的結(jié)果。使日生產(chǎn)產(chǎn)量增加，并且成本得到有效的降低。

硫化硅橡膠；聚合控制；加工工藝

引 言

硫化硅橡膠在物理化學(xué)性能上具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，其表面張力小、具有較小的黏度、能夠進(jìn)行自由壓縮、透氣性良好、絕緣、不易燃燒、能夠適應(yīng)大范圍的溫度變化、無(wú)毒無(wú)味等，被廣泛運(yùn)用在航空航天、化工、醫(yī)療、建筑、輕工等不同行業(yè)。隨著電子、建筑、航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于硅橡膠的需求量逐漸加大，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。但硅橡膠自身也存在缺陷，如果沒(méi)有加入填料，那么強(qiáng)度很差，無(wú)法被利用。所以說(shuō)，要獲得強(qiáng)度較高的硅橡膠，就必須增加相應(yīng)的填料，并對(duì)性狀做相應(yīng)的改變。硫化硅橡膠就是經(jīng)過(guò)改良后的產(chǎn)品。本文針對(duì)107室溫硫化硅橡膠的生產(chǎn)進(jìn)行改良，希望能夠起到一定的借鑒和參考作用[1-2]。

1 室溫硫化硅概述

在20世紀(jì)60年代，室溫硫化硅橡膠被創(chuàng)造出來(lái)，并且具有非常明顯的特征，是有機(jī)硅彈性體，運(yùn)用起來(lái)非常簡(jiǎn)便，在不用加熱的情況下，室溫中就能夠進(jìn)行加壓固化。室溫硫化硅橡膠根據(jù)分裝的方式可以分類為單組分和雙組分；也可以根據(jù)硫化遠(yuǎn)離進(jìn)行分類，分為縮合型和加成型。實(shí)際上，這2種分類方法存在重疊的部分。在這些分類中，加成型溫室膠比較廣泛被使用，其自身具備耐熱、防潮、絕緣、不親水等性質(zhì)，符合很多行業(yè)的使用要求。室溫硫化硅橡膠結(jié)合其成分、生產(chǎn)原理、使用工藝等方面來(lái)進(jìn)行分類能夠分為3大類型。其一是單組分室溫硫化型。這一類的產(chǎn)品都擁有各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)性能，但存在固化方面不好控制的問(wèn)題。其中的RTV-1膠可適應(yīng)溫度范圍在-60 ℃～200 ℃，能夠有效絕緣、抗腐蝕、抗臭氧氧化以及抗老化，并且可以耐水，方便粘接，被廣泛用于金屬和非金屬物質(zhì)的粘接。電氣設(shè)備使用后，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的封包、減震等功能。其二是雙組分縮合室溫硫化型。這一類產(chǎn)品在固化時(shí)不放出熱量，可以保持一定的形狀，并且能夠內(nèi)外雙向固化。其三是雙組分加成室溫硫化型。這一類產(chǎn)品通過(guò)溫度來(lái)進(jìn)行硫化時(shí)間的控制，雙組分室溫硫化硅橡膠RTV-2膠作為其產(chǎn)品之一，被廣泛運(yùn)用在建筑、印刷、電器、汽車等行業(yè)，具體的使用領(lǐng)域包括封裝、防潮、抗震等；也能夠在有關(guān)物品的復(fù)制中被運(yùn)用，包括文物、零件、玩具等。主要通過(guò)改變產(chǎn)品中的組分來(lái)進(jìn)行性能調(diào)節(jié)[3-5]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料

混合環(huán)體(DMC)，八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)質(zhì)量分?jǐn)?shù)>70%；四甲基氫氧化銨。

2.2 工藝流程圖(見圖1)

圖1 工藝流程圖

2.3 生產(chǎn)操作

首先將確定好量的DMC裝入反應(yīng)釜中，實(shí)施加熱步驟，等溫度大到85 ℃時(shí)，反應(yīng)物所含水分被脫除。然后，將一定量的催化劑四甲基氫氧化銨溶液與反應(yīng)物進(jìn)行混合，溫度控制在95 ℃左右，進(jìn)行聚合反應(yīng)。當(dāng)聚合物濃度達(dá)到一定指標(biāo)后，投入降解水進(jìn)行降解，用聚合物羥基封端。等聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，在常壓下將溫度升高到160 ℃，將催化劑破壞。之后，在0.096 MPa的真空度環(huán)境下，N2鼓泡，再將溫度升高至200 ℃，脫除中低沸物，放至冷卻再進(jìn)行取料。

3 改進(jìn)合成工藝后的參數(shù)對(duì)比

改進(jìn)前、后工藝參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 改進(jìn)前、后工藝參數(shù)對(duì)比

4 結(jié)果分析

4.1 催化劑使用方法的改進(jìn)

四甲基氫氧化銨是一種極性物質(zhì)，屬于強(qiáng)堿類，它和單個(gè)的反應(yīng)體在一起時(shí)，互相都不會(huì)溶解。因此，在用于生產(chǎn)時(shí)，首先要將其制成硅醇鹽，然后才能使用。但在聚合過(guò)程中，生產(chǎn)者的操作行為受到硅醇鹽質(zhì)量影響很大。因此，工藝流程無(wú)法掌控，提升了操作的難度，浪費(fèi)企業(yè)的人力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在實(shí)際使用當(dāng)中，常將四甲基氫氧化銨加工成溶液形式，然后在指定的時(shí)間放入反應(yīng)物內(nèi)，進(jìn)行高速攪拌，使之能夠進(jìn)行均勻催化。這樣做的好處有以下幾點(diǎn)：第一，無(wú)需制硅醇鹽，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程；第二，避免了整個(gè)聚合反應(yīng)的波動(dòng)，便于操作和控制；第三，使四甲基氫氧化銨的催化活性最大程度地發(fā)揮出來(lái)。這種方法，直接用四甲基氫氧化銨作催化劑，提高了反應(yīng)溫度，增強(qiáng)了催化活性，加速了聚合反應(yīng)。同時(shí)，由于操作穩(wěn)定，生產(chǎn)周期比之前大大縮短。

4.2 轉(zhuǎn)化率的控制

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)化率的高低由聚合程度決定。聚合程度應(yīng)保持適宜。如果過(guò)高，就會(huì)阻礙降解反應(yīng)；如果過(guò)低，轉(zhuǎn)化率則難以保證。因此，要獲得較高的轉(zhuǎn)化率，就要保持適宜的聚合程度，這是整個(gè)工藝流程控制的關(guān)鍵點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，采用對(duì)攪拌電機(jī)的電流值進(jìn)行控制的方法，并獲得了效果驗(yàn)證。攪拌電機(jī)的電流隨著聚合程度的增加而加大，到了預(yù)先設(shè)定的反應(yīng)最佳點(diǎn)，即聚合程度的控制點(diǎn)，熱繼電器保護(hù)裝置就會(huì)自動(dòng)斷開，切斷電流。之后，就開始了降解反應(yīng)。該方法經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，不但能保證高轉(zhuǎn)化率(基本穩(wěn)定在82%左右)，而且有著便于操作的優(yōu)點(diǎn)。

4.3 反應(yīng)釜投料量的增加

在107室溫下，進(jìn)行硫化硅橡膠生產(chǎn)，除了發(fā)生環(huán)體開環(huán)聚合反應(yīng)外，沒(méi)有任何其他生成品。由于在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中只釋放出很少的熱量，而且體積基本沒(méi)有多少變化，所以便于增加投料量的操作。實(shí)踐中，可以將反應(yīng)釜85%的容積都加入原料，產(chǎn)品質(zhì)量不變，節(jié)約了操作的時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)改進(jìn)，采用直接使用四甲基氫氧化銨溶液作催化劑，同時(shí)增加反應(yīng)投料量的方法，進(jìn)行室溫硫化硅橡膠生產(chǎn)，不但使產(chǎn)品的穩(wěn)定性得到較大的提升，而且使工藝流程更加簡(jiǎn)單易行。在提高轉(zhuǎn)化率方面，采用的是控制攪拌電機(jī)電流的方式，這種方式操作起來(lái)十分簡(jiǎn)便。通過(guò)上述的改進(jìn)方式，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)的生產(chǎn)周期明顯縮短，生產(chǎn)效率得到很大的提升，節(jié)約了生產(chǎn)成本，使企業(yè)能夠獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 吳森紀(jì).有機(jī)硅及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2014.

[2] 幸松民，王一璐.有機(jī)硅合成工藝及產(chǎn)品應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[3] 劉麗萍，錢黃海，劉國(guó)林.高溫硫化加成硅橡膠進(jìn)展[J].材料工程，2014(8):92-96.

[4] 黃文潤(rùn).縮臺(tái)型室溫硫化硅橡膠配合劑[J].有機(jī)硅材料，2016,30(1):37-43.

[5] 譚必恩，張廉正，郝志剛.成型有機(jī)硅橡膠硫化過(guò)程中的研究[J].特種橡膠制品，2012,33(4):8-11.

Onsynthesisofroomtemperaturevulcanizedsiliconerubber

ZHANGWenlong

(AnhuiAluminumProductQualitySupervisionandInspectionCenter,HuaibeiAnhui235000,China)

The synthesis process of vulcanized silicone rubber is studied, the problems are analyzed, and the steps are improved,for example, how to control the quality of catalyst, strengthen the conversion rate, improve product quality, and optimize the flow, etc.. The experiment used 300 L reactor capacity, optimizing the transformation of the original process.The feeding is increased to 260 kg, and the process cycle is shortened to 8 h with 213 kg vulcanized silicone rubber.The production efficiency is improved more than 1 times the results, which increases daily production and reduces costs effectively.

silicone rubber; polymerization control; processing technology

2017-02-22

張文龍，男，1986年出生，2011年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工大學(xué)，本科，助理工程師，從事鋁制品材料檢測(cè)工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.07

TQ333

A

1004-7050(2017)03-0023-02

科研與開發(fā)