閱讀次數(shù): 更新時間:2021-04-16
室溫硫化硅橡膠目前已廣泛用作粘合劑、密封劑、灌封和制模材料,在各行各業(yè)中都有它的用途。其中補(bǔ)強(qiáng)填料對RTV硅橡膠的流變性能、力學(xué)性能有非常重要的影響。而納米碳酸鈣具有價格低廉,性能優(yōu)異,填充量大,無毒無味等特點,可廣泛用作RTV硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填料。
納米碳酸鈣直接用于硅橡膠中存在兩個缺點:一是納米碳酸鈣的比表面積大,分子間力,靜電作用、氫鍵等引起碳酸鈣粉體的團(tuán)聚,再加上納米碳酸鈣為親水性無機(jī)化合物,與有機(jī)聚硅氧烷親和性差,易形成粉體聚集體,造成納米碳酸鈣在體系中分散不均勻。二是納米碳酸鈣吸油值很高,對硅橡膠體系增稠效果顯著,且觸變性差,影響硅橡膠的施工性能。因此,必須根據(jù)RTV硅橡膠的特點和要求,對納米碳酸鈣進(jìn)行表面改性,可解決普通納米碳酸鈣引起的體系易流淌、擠出性差、強(qiáng)度低等缺陷。
納米碳酸鈣的改性技術(shù)
納米碳酸鈣的改性主要采用濕法改性,具體是在納米碳酸鈣漿液中加入分散劑和表面活性劑,通過工藝控制納米碳酸鈣粒徑以及表面活化率,最后通過脫水、干燥、粉碎和分級后即得改性的納米碳酸鈣。
目前,使用最多,效果最好的表面活性劑主要是脂肪酸類的有機(jī)化合物。這類化合物分子的一端為羧基、醚基等極性基團(tuán),可以與碳酸鈣粒子表面發(fā)生物理化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng),形成穩(wěn)固的僑聯(lián)結(jié)構(gòu);其分子的另一端為長鏈烷基,結(jié)構(gòu)與聚合物分子相似,因而與有機(jī)高聚物有良好的相容性。納米碳酸鈣經(jīng)表面改性后,可大幅度增強(qiáng)納米碳酸鈣粒子和有機(jī)高聚物的界面結(jié)合力,并且有效地降低納米碳酸鈣的吸油值,降低納米碳酸鈣/有機(jī)高聚物體系粘度,改善分散性和提高添加量。
納米碳酸鈣對RTV硅橡膠流變性能影響
在實際應(yīng)用中,不僅要求RTV硅橡膠粘結(jié)強(qiáng)度高,彈性好,而且需要施工性能好,能滿足精細(xì)表面或凹槽、傾斜或垂直面施工要求,故膠黏劑應(yīng)不流淌,即具備觸變性。流體觸變性是指流體在外力作用下,微觀上網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)隨剪切時間發(fā)生改變,宏觀上表現(xiàn)出剪切變稀的現(xiàn)象。目前,各種觸變性的機(jī)理還缺乏統(tǒng)一的解釋,國內(nèi)外學(xué)者對其仍處于研究階段,但納米碳酸鈣能提高RTV硅橡膠的觸變性是不爭的事實。
謝文清采用復(fù)合改性劑對納米碳酸鈣進(jìn)行濕法改性,結(jié)果表明,采用復(fù)合改性劑比采用硬脂酸改性劑所 得到的納米碳酸粒徑更小,分布更均一。而用復(fù)合改性劑改性的納米碳酸鈣制備的硅橡膠稠度為8.6,低于用 硬脂酸鈉改性的納米碳酸鈣制備的硅橡膠的稠度,稠度指標(biāo)可以初步地反應(yīng)硅橡膠的觸變性能,稠度,擠出 性又良好的硅橡膠說明其觸變性能好。 陳利堂采用不同含量的脂肪酸復(fù)合處理的納米碳酸鈣填充于硅酮密封膠,納米碳酸鈣含量一定下,隨著 納米碳酸鈣表面處理劑的增加,成品膠擠出性明顯變好。從實驗結(jié)果看出,表面處理劑的用量在3%~4% 時,納米碳酸鈣的性能較好。
劉亞雄通過研究不同粒徑,不同改性劑處理的納米碳酸鈣填充硅橡膠,結(jié)果表明:納米碳酸鈣的表面 越大,其平均粒徑越小,粒子之間的相互作用越大,反映膠料粘度越大,觸變指數(shù)不斷增大,擠出量變小。 經(jīng)過有機(jī)處理的碳酸鈣表面的碳?xì)滏溈膳c附近的碳?xì)滏?、硅氧烷鏈相互作用,形成穩(wěn)定空間網(wǎng)站結(jié)構(gòu)。在施加 剪切力的作用下,這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞,表現(xiàn)出粘度下降,容易擠出,呈現(xiàn)正觸變性。當(dāng)剪切力停止時,這種網(wǎng)狀 的空間結(jié)構(gòu)又通過范得華力和碳?xì)滏湹闹匦吕p結(jié)而形成,表現(xiàn)出良好的抗流掛性。綜合硅橡膠的流變特性,采 用月桂酸和硬脂酸復(fù)配,控制納米碳酸鈣的表面是22~30m2/g時較好。
納米碳酸鈣對RTY硅橡膠力學(xué)性能影響
未補(bǔ)強(qiáng)的QTV硅橡膠強(qiáng)度低,伸長率差,無法滿足很多應(yīng)用場合對材料力學(xué)性能的需求。納米碳酸鈣 在RTV硅橡膠中的增強(qiáng)機(jī)理相似,未補(bǔ)強(qiáng)的RTV硅橡膠的拉伸強(qiáng)度約0.35MPa, 通過納米碳酸鈣補(bǔ)強(qiáng)后,RTV硅橡膠的強(qiáng)度可達(dá)1~2MPa,通過納米碳酸鈣填充對RTV硅橡膠補(bǔ)強(qiáng), 硅橡膠中存在著聚硅氧烷分子之間、填料之間以及聚硅氧烷分子與填料之間的多種化學(xué)和物理相互作用, 使得硅膠線性能有較大的提高。
彭婭根據(jù)所獲的實驗結(jié)果得知,納米碳酸鈣主要與室溫硫化硅橡膠的相互作用以物理吸附為主,區(qū)別于氣相 二氧化硅和硅橡膠分種形成氫鍵為主的化學(xué)作用。并提出了納米碳酸鈣補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理——納米粒子的物理吸附效應(yīng): 當(dāng)填充納米粒子達(dá)到足夠量時,使得填充膠料的粘度大大增加,在剪切作用下有利于納米粒子團(tuán)聚體的相互作用點增多,交聯(lián)密度增大, 從而提高了室溫硫化硅橡膠的力學(xué)性能,體系了納米碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)特性。
劉飛等人用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、激光粒度分布儀分析了納米活性碳酸鈣的相組成粒子結(jié)構(gòu)、形貌、 粒徑分布;研究了幾種一次粒徑相近、不同二次粒徑的納米活性碳酸鈣對脫酮肟型單組分室溫硫化有機(jī)硅密封膠力學(xué) 性能的影響。結(jié)果表明,一次粒徑小的碳酸鈣,經(jīng)表面處理后的二次粒徑不一定小,二次粒徑比一次粒徑對RTV有機(jī)硅密封膠 的力學(xué)性能影響更大;隨著二次粒徑的減?。ǘ且淮瘟降臏p?。琑TV有機(jī)硅密封膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和硬度都呈增加趨勢。
呂國章將硬脂酸完全皂化,然后加入椰子油攪拌均勻,所得的混合液作為納米碳酸鈣的改性劑,納米CaCO3粒徑為60~80nm,產(chǎn)品應(yīng)用于硅酮密封膠補(bǔ)強(qiáng),其強(qiáng)度可達(dá) 1.4~1.55Mpa,具有優(yōu)異的外觀性和補(bǔ)強(qiáng)性。
羅穗蓮等人采用自制的超細(xì)碳酸鈣懸浮液,在碳酸鈣表面包覆二氧化硅,然后使用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑對 CaCO3/SiO2復(fù)合粒子進(jìn)行表面疏水處理,然后將偶聯(lián)劑改性后的碳酸鈣復(fù)合粒子應(yīng)用于單組分室溫硫化硅 橡膠中,結(jié)果表明,改性后的碳酸鈣復(fù)合粒子在橡膠中均勻分散,碳酸鈣復(fù)合粒子填充的RTV硅橡膠拉伸強(qiáng)度 是填充脂肪酸處理的碳酸鈣2倍多,碳酸鈣復(fù)合粒子具有較好的補(bǔ)強(qiáng)用。
總結(jié)
納米碳酸鈣產(chǎn)品在RTV硅橡膠的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛和成熟,隨著硅橡膠行業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代,對納米碳酸鈣也提出了 越來越高的要求。一個好的納米碳酸鈣產(chǎn)品,除了必須質(zhì)量穩(wěn)定,各項指標(biāo)波動小,還需要在性能上,具備高補(bǔ)強(qiáng), 易分散,低增稠,高觸變等特點。目前,國內(nèi)RTV硅橡膠用納米碳酸鈣在很多性能和指標(biāo)上都基本滿足RTV硅橡膠在絕大 多數(shù)應(yīng)用場合的需求,但品種較單一,無法滿足市場的需求。
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