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可固化的弹性体组合物.pdf

  • 上传人:奻奴
  • 文档编号:868080
  • 上传时间:2018-03-16
  • 格式:PDF
  • 页数:19
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN200780037621.5

    申请日:

    2007.09.19

    公开号:

    CN101522784A

    公开日:

    2009.09.02

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C08L 23/16公开日:20090902|||实质审查的生效|||公开

    IPC分类号:

    C08L23/16; C08L23/22; C08L83/04

    主分类号:

    C08L23/16

    申请人:

    陶氏康宁公司

    发明人:

    R·穆尔; M·普罗克特

    地址:

    美国密执安

    优先权:

    2006.10.10 GB 0619952.5

    专利代理机构:

    中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

    代理人:

    张 钦

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    内容摘要

    提供在未固化的硅氧烷弹性体内的含已固化的有机弹性体,例如EPDM、丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶的可成形的可固化的弹性体组合物。通过酚醛树脂固化该有机弹性体,通常可在其中使用硅橡胶,和尤其在其中固化的橡胶易于暴露在150-200℃的温度下的应用中使用这些组合物。这些用途的实例包括在模塑轮胎中使用的轮胎胶囊,内燃机用火花塞胶套,为在高温下使用而设计的线材和电缆涂层,和在安全重点应用例如应急灯体系中使用的Ceramifiable线材和电缆涂层。

    权利要求书

    1.  一种可成形的可固化弹性体组合物,它包含已固化的有机弹性体在未固化的硅氧烷弹性体内的分散体,其中通过酚醛树脂固化所述有机弹性体。

    2.
      权利要求1的弹性体组合物,其中已固化的弹性体是EPDM弹性体。

    3.
      权利要求1的弹性体组合物,其中已固化的弹性体是丁基橡胶。

    4.
      权利要求1的弹性体组合物,其中已固化的弹性体是氢化丁腈橡胶。

    5.
      权利要求1-4任何一项的弹性体组合物,其中酚醛树脂是烷基苯酚甲醛树脂。

    6.
      权利要求1-5任何一项的弹性体组合物,其中联合卤素供体使用酚醛树脂。

    7.
      权利要求1-5任何一项的弹性体组合物,其中酚醛树脂被卤化。

    8.
      权利要求1-4任何一项的弹性体组合物,其中酚醛树脂是卤素取代的苯酚和甲醛的缩合产物。

    9.
      权利要求1-8任何一项的弹性体组合物,其中联合氧化锌使用酚醛树脂。

    10.
      权利要求1-9任何一项的弹性体组合物,其中已固化的有机弹性体与硅氧烷弹性体的重量比为5:95-50:50。

    11.
      权利要求1-10任何一项的弹性体组合物,其中已固化的有机弹性体含有增强填料。

    12.
      权利要求1-9任何一项的弹性体组合物,其中硅氧烷弹性体含有增强填料。

    13.
      一种可成形的可固化的弹性体组合物,它包含可固化的弹性体配混料在不含固化剂的未固化的硅氧烷弹性体内的分散体,其中所述可固化的弹性体配混料包括有机弹性体和能固化该有机弹性体的酚醛树脂固化剂。

    14.
      一种弹性体组合物,它包含已固化的有机弹性体在已固化的硅氧烷弹性体内的分散体,其中通过酚醛树脂固化所述有机弹性体。

    15.
      一种制备可成形的可固化的弹性体组合物的方法,该方法包括在不含固化剂的未固化的硅氧烷弹性体内分散可固化的弹性体配混料,和加热该组合物以固化该弹性体配混料,其中所述可固化的弹性体配混料包括有机弹性体和能固化该有机弹性体的酚醛树脂固化剂。

    16.
      权利要求15的方法,其中在未固化的硅氧烷弹性体内分散含有机弹性体和酚醛树脂固化剂的预混的可固化的弹性体配混料。

    17.
      权利要求15的方法,其中在未固化的硅氧烷弹性体内分散有机弹性体,和混合所得分散体与酚醛树脂固化剂,以形成可固化的弹性体共混物在未固化的硅橡胶内的分散体。

    18.
      一种制备已固化的弹性体组合物的方法,该方法包括混合权利要求1-12任何一项或者通过权利要求15-17任何一项的方法生产的可成形的可固化的弹性体组合物与用于所述硅氧烷弹性体的固化剂,和加热以固化所述硅氧烷弹性体。

    19.
      权利要求18的方法,其中用于硅氧烷弹性体的固化剂是有机过氧化物。

    20.
      权利要求18的方法,其中用于硅氧烷弹性体的固化剂包括与聚烷基硅氧烷氢化物联合使用的铂络合物。

    21.
      EPDM或HNBR弹性体在其中弹性体经受至少150℃的温度的环境内的用途,其特征在于,通过酚醛树脂固化EPDM或HNBR弹性体,以提高EPDM或HNBR的热稳定性。

    说明书

    可固化的弹性体组合物
    [0001]本发明涉及可固化的弹性体组合物,它包含硅氧烷弹性体和有机弹性体。有机弹性体是指不含任何硅氧烷的弹性体。本发明还涉及已固化的弹性体组合物,它包含硅氧烷弹性体和有机弹性体,和涉及生产这种可固化和已固化弹性体组合物的方法。
    [0002]硅氧烷弹性体的价值在于尽管长期暴露于高温例如150-200℃的温度下仍保留其物理性能、尤其是其弹性的能力。有机弹性体例如EPDM和丁基橡胶通常不如硅氧烷弹性体昂贵,但具有较低的抗长期加热性。
    [0003]本发明的可成形的可固化弹性体组合物包含已固化的有机弹性体在未固化的硅氧烷弹性体内的分散体,其中通过酚醛树脂固化所述有机弹性体。未固化的硅氧烷弹性体是可通过常规的固化剂例如有机过氧化物固化而形成硅氧烷弹性体的硅氧烷。可成形的可固化的弹性体组合物可以不含硅氧烷弹性体固化剂或者可含有这一固化剂。可通过酚醛树脂固化的有机弹性体的实例包括EPDM弹性体、丁基橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶(HNBR弹性体)和丙烯酸弹性体。
    [0004]本发明的已固化的弹性体组合物包含已固化的有机弹性体在已固化的硅氧烷弹性体内的分散体,其中通过酚醛树脂固化所述有机弹性体。
    [0005]本发明还包括可成形的可固化弹性体组合物,它包含可固化的有机弹性体配混料在不含固化剂的未固化的硅橡胶内的分散体,其中所述可固化的有机弹性体配混料包括有机弹性体和能固化该有机弹性体的酚醛树脂固化剂。
    [0006]本发明制备可成形可固化的弹性体组合物的方法包括在不含固化剂的未固化的硅氧烷弹性体内分散可固化的有机弹性体配混料,和加热该组合物以固化有机弹性体配混料,其中所述可固化的有机弹性体配混料包括有机弹性体和能固化该有机弹性体的酚醛树脂固化剂。
    [0007]本发明制备已固化弹性体组合物的方法包括混合以上所述的可成形可固化的有机弹性体组合物与用于硅氧烷弹性体的固化剂,并加热以固化该硅氧烷弹性体。
    [0008]我们已发现,与含有机弹性体例如EPDM、丁基橡胶或氢化丁腈橡胶的大多数组合物相比,本发明已固化的弹性体组合物具有提高的热稳定性。例如,可使用过氧化物固化EPDM弹性体。可在一种固化操作中,通过过氧化物来固化硅氧烷弹性体和EPDM弹性体的共混物,但我们已发现,与通过过氧化物固化的硅橡胶和EPDM的共混物相比,其中通过酚醛树脂固化剂固化EPDM的本发明组合物具有提高得多的热稳定性。
    [0009]我们已发现,与通过过氧化物固化的EPDM弹性体或HNBR弹性体相比,在甚至不存在硅氧烷弹性体的情况下,通过酚醛树脂固化剂固化的EPDM弹性体和HNBR弹性体具有优异的热稳定性。本发明因此包括EPDM或HNBR弹性体在其中弹性体经受至少150℃的温度的环境内的用途,其特征在于,通过酚醛树脂固化EPDM或HNBR弹性体,以提高EPDM或HNBR弹性体的热稳定性。
    [0010]EPDM弹性体是乙烯、丙烯和小比例(通常小于5wt%和常常小于1%)二烯烃(通常为非共轭二烯烃)的三元共聚物。在EPDM弹性体中使用的二烯烃的实例是亚乙基降冰片烯,尤其是5-亚乙基-2-降冰片烯、1,4-己二烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、5-乙烯基降冰片烯、1,6-辛二烯、5-甲基-1,4-己二烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯、1,3-环戊二烯、1,4-环戊二烯和二环戊二烯。我们已发现在本发明的组合物中有效的可商购的EPDM弹性体的实例由Dow Chemical Company以商品名Nordel IP 4725P′销售。在商业应用中,通常通过硫或者通过过氧化物固化EPDM弹性体,尽管已描述了通过酚醛树脂固化。官能化的EPDM是可商购的。这种官能化EPDM可以以部分或所有有机弹性体组分的形式存在,且它们可改进有机弹性体与硅氧烷弹性体的相容性。
    [0011]丁基橡胶是异烯烃(通常是异丁烯(2-甲基戊烯))和小量(通常小于20%)共轭二烯烃例如异戊二烯或丁二烯的共聚物。丁基橡胶可以是含进一步的烯键式不饱和共聚单体的三元共聚物。我们已发现在本发明的组合物中有效的丁基橡胶的实例以商品名′butyl301′由Lanxess AG销售。
    [0012]由异丁烯、共轭二烯烃和不饱和腈例如丙烯腈形成HNBR,且它在共聚之后被部分氢化。我们已发现在本发明的组合物中有效的可商购的HNBR的实例以商品名′Therban AT′由Bayer AG销售。可使用选自EPDM弹性体、丁基橡胶和氢化丁腈橡胶的弹性体共混物。例如,可共混丁基橡胶或HNBR与可改进硅橡胶相容性的EPDM。
    [0013]在本发明中使用的硅氧烷弹性体是常常称为高温硫化(HTV)硅橡胶或高稠度硅橡胶(HCR)的一类。它通常基于基本上直链的高分子量硅氧烷聚合物,例如在25℃下粘度为1,000,000mPa.s或更高的聚硅氧烷胶料。这些聚硅氧烷胶料通常含有其中烷基例如甲基、乙基、丙基、异丙基或叔丁基(通常是甲基)和链烯基例如乙烯基、烯丙基、1-丙烯基、异丙烯基或己烯基连接到其上的硅氧烷主链(-Si-O-)。乙烯基可与辅助交联的羟基和氢化硅基一起存在。这种聚硅氧烷胶料典型地聚合度(DP)为500-20,000,其中DP代表聚合物内重复单元的数目。更优选DP为至少1200。由于这些刚性的胶料状聚合物具有非常高的粘度,因此常常通过其(Williams)可塑值而不是粘度来描述,因为在胶料状聚合物内粘度的测量非常困难。典型地,胶料的(Williams)可塑值(根据ASTM D926)范围为约30-250。此处所使用的“可塑值”定义为在25℃下在试样已置于49牛顿的压缩负载下3分钟之后厚度(mm)×100个体积为2cm3和高度为约10mm的圆柱形试样。可采用一系列范围的固化剂来固化这些硅氧烷弹性体。最常用的固化剂是过氧化物,或与氢化物(Si-H)官能的聚硅氧烷结合使用的氢化硅烷化催化剂。
    [0014]本发明组合物中的硅氧烷弹性体相可含有在硅橡胶产品配方中广泛地使用的其他成分作为任选的成分。例如,该组合物可含有一种或多种微细的增强填料,优选二氧化硅填料,例如高表面积的热解法或沉淀二氧化硅,或炭黑填料。碳酸钙和/或额外的非增强填料例如粉碎石英、硅藻土、硫酸钡、氧化铁、二氧化钛、滑石、铝氧石、硫酸钙、碳酸镁,粘土例如高岭土,氢氧化铝或硅灰石可另外或替代地存在于硅氧烷弹性体内。可表面处理,例如用脂肪酸或者脂肪酸酯例如硬脂酸酯,或者用有机基硅烷、有机基硅氧烷、有机基硅氮烷或短链硅氧烷二醇表面处理填料,使得填料疏水,并因此更加容易分散在硅氧烷弹性体内。
    [0015]固化有机弹性体所使用的酚醛树脂通常是烷基取代的苯酚(它通常含量至少一个具有1-10个碳原子的烷基取代基)、卤素取代的苯酚或者未取代的苯酚与甲醛在碱性介质内的缩合产物。酚醛树脂可以是双(羟甲基)苯酚(它本身是苯酚与甲醛的反应产物)的缩合产物。酚醛树脂优选是含有卤素的树脂或者与卤素供体联合使用。含卤素的酚醛树脂可以是卤素取代的苯酚与甲醛的缩合产物,或者可通过卤化酚醛树脂而生产。树脂固化剂的一个优选实例是卤化例如溴化的烷基苯酚甲醛树脂。这种卤化树脂可以例如含有2-10wt%卤素,例如溴或氯。一种合适的可商购的固化剂是以商品名′SP1055′由SchenectadyInternational销售。
    [0016]与不含卤素的树脂例如烷基苯酚甲醛树脂一起使用的卤素供体可以是例如过渡金属的卤化物,例如氯化亚锡或氯化铁或卤化聚合物,例如氯化烷属烃,氯化聚乙烯,氯磺化聚乙烯或聚氯丁二烯。基于树脂,这种卤素供体可例如以2-10wt%存在。
    [0017]当酚醛树脂优选是含卤素的树脂或者与卤素供体联合使用时,它优选与卤化氢清除剂例如金属氧化物联合使用。优选的金属氧化物是氧化锌,认为它还催化酚醛树脂的交联作用。基于树脂,氧化锌可以例如以2-75wt%存在,尤其10-50%。或者,卤化氢清除剂包括氧化铁、氧化镁、二氧化钛或硅酸镁。
    [0018]在本发明的一个优选方法中,含有机弹性体和酚醛树脂固化剂的可固化的有机弹性体配混料分散在不含固化剂的未固化的硅氧烷弹性体内。可通过配混可通过酚醛树脂固化的有机弹性体与树脂固化剂和任何相关材料例如卤素供体和/或卤化氢清除剂,生产可固化的有机弹性体配混料。可固化的有机弹性体配混料可含有额外的成分,例如它可有利地含有一种或多种填料,尤其是增强填料,例如二氧化硅或炭黑或者以上所述的任何填料。当使用时,这种填料的比例取决于在已固化的弹性体产物内所需的性能。通常,以每100重量份EPDM或其他聚合物计,可固化的有机弹性体配混料中填料的含量范围为约5-150重量份。可包括在可固化的弹性体共混物内的其他成分包括但不限于流变改性剂,例如降低有机弹性体例如EPDM的粘度的增塑剂或增量剂,改进有机弹性体和硅氧烷弹性体相相容性的试剂,颜料,热稳定剂,阻燃剂,UV稳定剂和抗氧化剂。低分子量聚硅氧烷例如硅烷醇封端的短链聚二甲基硅氧烷可充当流变改性剂(增塑剂)和充当增容剂。
    [0019]可例如在Z-叶片混炼机内混合有机弹性体和固化剂和任何其他成分,形成可固化的有机弹性体配混料。可视需要预混有机弹性体和填料,之后与固化树脂混合。
    [0020]混合如此生产的可固化的有机弹性体配混料与不含固化剂的未固化的硅氧烷弹性体。可预混硅氧烷弹性体与填料,尤其是以上所述的增强填料。以每100重量份硅氧烷聚合物计,硅氧烷弹性体可以例如含有约5-150重量份填料。硅氧烷弹性体也可含有其他成分,例如流变改性剂、颜料、热稳定剂、阻燃剂、UV稳定剂和/或抗氧化剂。
    [0021]可固化的有机弹性体配混料和硅氧烷弹性体的混合比例通常使得可固化的有机弹性体与硅氧烷弹性体之重量比为5:95到约50:50或60:40。在可固化的有机弹性体与硅氧烷弹性体之重量比为10:90或20:80到约40:60下和尤其到约30:70下获得最有利的结果,其中有机弹性体改性固化产物的机械性能,且没有影响未固化的硅氧烷弹性体的可加工性或者显著降低固化产物的耐热性。
    [0022]可在适合于混合两种聚合物的高剪切混炼机内混合可固化的有机弹性体配混料和不含固化剂的硅氧烷弹性体组合物。一些实例包括但不限于密炼机例如Banbury混炼机、Buss共捏合机、模腔转移混炼机和双螺杆挤出机。或者,可使用Z-叶片混炼机。可加热可固化的有机弹性体配混料到环境温度以上但低于其固化温度的温度,例如范围为约50℃-100℃的温度,以使有机弹性体熔融,以便它可更加容易地与硅氧烷弹性体混合。
    [0023]在可供替代的方法中,有机弹性体可混合到硅氧烷弹性体内,之后添加酚醛树脂。可预混有机弹性体与一种或多种额外的成分,例如填料。在有机弹性体已完全分散在硅氧烷弹性体中之后,可将酚醛树脂混合到该组合物内。由于酚醛树脂不与硅氧烷弹性体反应且对硅氧烷弹性体没有亲和力,因此酚醛树脂溶解在有机弹性体内并可在随后加热时固化有机弹性体。在进一步的可供替代方案中,有机弹性体可与酚醛树脂预混,但在与硅氧烷弹性体混合之后与添加的氧化锌预混。
    [0024]在可固化的有机弹性体配混料和不含固化剂的硅橡胶组合物已充分地混合得到在硅氧烷弹性体内可固化的有机弹性体配混料的良好分散之后,加热该组合物,使有机弹性体配混料固化。优选通过动态硫化固化可固化的有机弹性体配混料,亦即在施加热量的同时继续混合组合物,以固化有机弹性体配混料。在许多情况下,在混合过程中通过剪切混合物生成的热量可产生足够高的温度以供固化。可固化的有机弹性体配混料的固化温度范围通常为约150℃-200℃。为了最大化热稳定性,特别是当固化EPDM或HNBR弹性体时,应当例如通过在170℃下加热至少15或20分钟,充分固化有机弹性体。
    [0025]可成形这一固化步骤的产物,所述产物包括固化的有机弹性体配混料在未固化的硅氧烷弹性体内的分散体,亦即可使之流动和通过诸如注塑、挤出、吹塑或压延之类的工艺成型。一般可按照未固化的硅氧烷弹性体组合物已知的所有方式加工已固化的有机弹性体配混料在未固化的硅氧烷弹性体内的分散体。
    [0026]通过与适合于固化硅氧烷弹性体的固化剂混合,和加热以固化该硅氧烷弹性体,从而固化含已固化的有机弹性体配混料在未固化的硅氧烷弹性体内的分散体的组合物。当硅氧烷弹性体与有机弹性体混合时,可存在硅氧烷弹性体组合物中的其他组分,例如填料例如二氧化硅,或者在有机弹性体固化之后添加。通常可混合该组合物与固化剂,然后成形为所需的产物形状,然后加热以固化硅氧烷弹性体。硅氧烷弹性体的固化温度范围通常为约115℃-200℃。
    [0027]适合于固化硅氧烷弹性体的固化剂的实例包括有机过氧化物,例如过氧化二烷基,过氧化二苯基,过氧化苯甲酰,过氧化1,4-二氯苯甲酰,过氧化2,4-二氯苯甲酰,过氧化二叔丁基,过氧化二枯基,过苯甲酸叔丁酯,过氧化单氯苯甲酰,过氧化二叔丁基,2,5-双-(过氧叔丁基)-2,5-二甲基己烷,过氧化叔丁基三甲基,过氧化叔丁基叔丁基叔三苯基,1,1-双(过氧叔丁基)-3,3,5-三甲基环己烷和过苯甲酸叔丁酯。以每100重量份硅橡胶计,使用最多10重量份的这种有机过氧化物,优选使用0.2-2重量份过氧化物。
    [0028]已知作为硅氧烷弹性体的可供替代固化体系包括与聚烷基硅氧烷氢化物,例如聚(甲基氢)硅氧烷结合使用的氢化硅烷化催化剂(典型地铂基)的络合物。这一固化体系用于硅氧烷弹性体,所述硅氧烷弹性体是乙烯基官能的聚烷基硅氧烷聚合物。
    [0029]以下例举说明氢化硅烷化催化剂:氯铂酸、醇改性的氯铂酸、氯铂酸的烯烃络合物、氯铂酸与二乙烯基四甲基二硅氧烷的络合物、吸附在碳载体上的铂微粒、在金属氧化物载体上承载的铂例如Pt(Al2O3)、铂黑、乙酰丙酮根合铂、(二乙烯基四甲基二硅氧烷)铂、卤化亚铂例如PtCl2、PtCl4、Pt(CN)2、卤化亚铂与不饱和化合物(其中例举乙烯、丙烯,和有机基乙烯基硅氧烷)的络合物、苯乙烯六甲基二铂。在美国专利3923705中公开了这种贵金属催化剂,在此通过参考引入,以显示铂催化剂。一种优选的铂催化剂是Karstedt′s催化剂,它公开于Karstedt的美国专利3715334和3814730中,在此通过参考引入。Karstedt′s催化剂是铂二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物,它典型地含有在诸如甲苯之类溶剂内1wt%的铂。另一优选的铂催化剂是氯铂酸和含脂族不饱和端基的有机基硅化合物的反应产物。它公开于美国专利3419593中,在此通过参考引入。最优选作为催化剂的是氯化亚铂和二乙烯基四甲基二硅氧烷的中和络合物,例如在美国专利5175325中所述。
    [0030]或者可使用钌催化剂例如RhCl3(Bu2S)3,和钌羰基化合物例如1,1,1-三氟乙酰基丙酮根合钌,乙酰丙酮根合钌和十二羰基三钌或1,3-酮烯醇(1,3-ketoenolate)钌。
    [0031]适合于在本发明中使用的其他氢化硅烷化催化剂包括例如铑催化剂,例如[Rh(O2CCH3)2]2、Rh(O2CCH3)3、Rh2(C8H15O2)4、Rh(C5H7O2)3、Rh(C5H7O2)(CO)2、Rh(CO)[Ph3P](C5H7O2)、RhX43[(R3)2S]3、(R23P)2Rh(CO)X4、(R23P)2Rh(CO)H、Rh2X42Y44、HaRhb烯烃cCld、Rh(O(CO)R3)3-n(OH)n,其中X4是氢、氯、溴或碘,Y4是烷基例如甲基或乙基、CO、C8H14或0.5C8H12,R3是烷基、环烷基或芳基,和R2是烷基、芳基或氧取代的基团,a为0或1,b为1或2,c为1-4的整数(包括端值),和d为2、3或4,n为0或1。也可使用任何合适的铱催化剂,例如Ir(OOCCH3)3、Ir(C5H7O2)3、[Ir(Z2)(En)2]2或(Ir(Z2)(Dien))2,其中Z2是氯、溴、碘或烷氧基,En是烯烃,和Dien是环辛二烯。
    [0032]为了进行本发明组合物的固化,有机基氢硅氧烷交联剂每一分子必须含有大于两个与硅键合的氢原子。有机基氢硅氧烷每一分子可例如含有约4-20个硅原子,但在25℃下的粘度可以是最多约10Pa.s。存在于有机基氢硅氧烷内的与硅键合的有机基团可包括1-4个碳原子的取代和未取代的烷基,所述烷基不含烯键式或炔键式不饱和键。充当交联剂的有机基氢硅氧烷每一分子平均含有至少两个与硅键合的氢原子,和相对于每一硅原子不超过一个与硅键合的氢原子,硅原子的其余价态通过二价氧原子或者通过含1-7个碳原子的单价烃基来满足。单价烃基可以是例如烷基,例如甲基、乙基、丙基、叔丁基和己基;环烷基,例如环己基;和芳基,例如苯基和甲苯基。这种材料是本领域公知的。有机基氢硅氧烷的分子结构可以是直链,含支化的直链,环状或网络形式,或其混合物。对有机基氢硅氧烷的分子量没有特别限制,但优选在25℃下的粘度为3-10,000mPa.s。此外,加入到组合物中的交联剂用量使得键合到硅原子上的氢原子的摩尔数与聚合物和增量剂/增塑剂内链烯基的摩尔数之比在0.5:1到20:1范围内,和优选在1:1到5:1范围内。若这一摩尔比小于0.5,则本发明的组合物的固化不充分,而若这一摩尔比超过20,则放出氢气,结果出现发泡。
    [0033]在这一情况下固化这种组合物时,可将氢化硅烷化催化剂加入到本发明的组合物中,其用量相当于以每百万份(ppm)组合物计,少至0.001重量份元素铂族金属。优选地,在组合物内氢化硅烷化催化剂的浓度能提供相当于至少1ppm元素铂族金属。提供相当于约3-50ppm元素铂族金属的催化剂浓度通常是优选的用量。
    [0034]任选地,当固化催化剂是氢化硅烷化催化剂、尤其是铂基催化剂时,可要求合适的氢化硅烷化催化剂的抑制剂。可使用任何合适的铂族类抑制剂。一种有用类型的铂催化剂的抑制剂公开于美国专利No.3445420中,在此通过参考引入,以显示一些炔类抑制剂及其用途。优选的一组炔类抑制剂是炔醇,特别是2-甲基-3-丁炔-2-醇和/或1-乙炔基-2-环己醇,它抑制剂铂基催化剂在25℃下的活性。第二类铂催化剂的抑制剂公开于美国专利No.3989667中,在此通过参考引入,以显示一些烯属硅氧烷,其制备和它们作为铂催化剂的抑制剂的用途。第三类铂催化剂的抑制剂包括每一分子具有3-6个甲基乙烯基硅氧烷单元的聚甲基乙烯基环硅氧烷。
    [0035]本发明的固化工艺的优点是,可实现有机弹性体相独特独立地固化到硅氧烷相内。因此,硅氧烷有机弹性体共混物保持可成形,从而允许容易加工,直到希望还固化硅氧烷弹性体相。进一步的优点是,相对于用过氧化物固化有机弹性体获得的稳定性,已固化的有机弹性体的热稳定性提高。
    [0036]通常可在其中使用硅橡胶,和尤其在其中固化的橡胶很可能暴露在150-200℃的温度下的应用中,使用本发明可固化的弹性体组合物。这一用途的一个实例是在制备用在模塑轮胎中的轮胎胶囊所使用的配混料。其他实例是内燃机用火花塞胶套,为在高温下使用而设计的线材和电缆涂层,和在安全重点应用例如应急灯体系中使用的Ceramifiable线材和电缆涂层。
    [0037]通过下述非限定性实施例阐述本发明,其中根据ISO37:1994Type 2获得拉伸强度结果;根据ISO34:1994 Type 2获得断裂伸长率;根据BS ISO EN 868:2003获得硬度计肖氏A硬度结果;根据ASTM 624-98,DieB获得撕裂强度结果。所提供的所有粘度值在25℃下测定,除非另有说明。
    实施例1
    [0038]配混Nordel IP 4725P′EPDM与以商品名′Cab-O-Sil MS75D′销售的热解法二氧化硅和在25℃下粘度为约20mPa.s的硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,得到由20wt%热解法二氧化硅,5wt%硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,和75wt% Nordel IP 4725P组成的组合物。共混所得材料与5%氧化锌和10% SP 1055溴化烷基苯酚甲醛树脂,形成EPDM母炼胶,下文称为EPDM MB1。
    [0039]配混可塑值为55-65mi1(Gum1)的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基甲基乙烯基硅氧烷胶料和可塑值为55-65mi1(Gum2)的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷胶料以重量计相等比例的混合物与Cab-O-Si1 MS 75D热解法二氧化硅(获自CabotCorporation)和5%上述硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,形成含有20wt%Cab-O-Sil MS 75D、5wt%硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷、和余量由相等比例的Gum1和Gum2组成的混合物的硅氧烷弹性体母炼胶,下文称为Silicone MB1。
    [0040]通过在Brabender Z-叶片混炼机内加热到75℃,使EPDM MB1熔融。然后添加Silicone MB1,得到EPDM与硅氧烷的体积比为30:70。继续混合Silicone MB1和EPDM MB1,得到EPDM MB1在Silicone MB1内的分散体。然后升高混炼机的温度到170℃,并在这一温度下继续混合30分钟,以进行EPDM MB1的动态硫化。产物是已固化的EPDM弹性体在未固化的Silicone MB1内的显然均匀的分散体。
    [0041]配混这一产物与基于硅氧烷弹性体为0.6wt%的过氧化二枯基,并模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热10分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表1中。
    实施例2
    [0042]配混Nordel IP 4725P′EPDM与以商品名′Cab-O-Sil MS75D′销售的热解法二氧化硅和在25℃下粘度为约20mPa.s的硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,得到不含固化剂的组合物,下文称为EPDM MB2,所述组合物由20wt%热解法二氧化硅,5wt%硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,和75wt% Nordel IP 4725P组成。混合EPDM MB2与Silicone MB1,得到EPDM与硅氧烷体积比为30:70。通过剪切加热,继续混合,使EPDMMB2熔融,并将其分散在Silicone MB1内。
    [0043]基于EPDM的重量,将5%氧化锌和10%′SP 1055′溴化的烷基苯酚甲醛树脂加入到该分散体中,并当温度升高到170℃时,继续混合,以进行EPDM的动态硫化。
    [0044]配混所得产物与基于硅氧烷弹性体为0.6wt%的过氧化二枯基,并模塑成样片。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热10分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表1中。
    实施例3
    [0045]重复实施例2,不同之处混合EPDM MB2与Silicone MB1,得到EPDM与硅氧烷体积比为50:50。表1中记录了已固化的试验片材的机械性能。
    实施例4
    [0046]将EPDM MB1模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热10分钟,固化该片材。表1中记录了已固化的试验片材的机械性能。
    实施例5
    [0047]混合Silicone MB1与0.6wt%的过氧化二枯基。然后将其模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热10分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表1中。
    对比例C1
    [0048]通过在Brabender Z-叶片混炼机内加热到75℃,使EPDM MB2熔融。然后添加Silicone MB1,得到EPDM与硅氧烷体积比为30:70。继续混合Silicone MB1与EPDM MB2,得到EPDM MB2在Silicone MB1内的分散体。
    [0049]配混这一产物与基于硅氧烷弹性体和EPDM的结合重量为0.6%的过氧化二枯基,并模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热10分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表1中。
    表1
     

    实施例12345C1EPDMvol%303050100030硅氧烷vol%707050010070肖氏A硬度3842497650拉伸强度MPa3.04.32.18.37.35.5伸长率420465229213395369撕裂强度kNm-118.623.87.755.712.7100%模量MPa0.730.721.003.441.211.38

    [0050]从实施例1和对比例C1中生产的已固化的试验片材中切割出哑铃状试样,并在150℃下老化10天。测量100%模量、断裂伸长率和拉伸强度的变化。下表2中示出了结果。
    表2

    [0051]表2示出了对于对比例1的产品来说,断裂伸长率显著下降和100%模量显著增加,而实施例1的产品的拉伸性能在10天后仅仅轻微变化。所观察到的变化显示,与其中EPDM通过′SP1255′树脂和ZnO动态硫化和接着通过过氧化物固化硅氧烷弹性体相的实施例1的复合材料相比,对比例的过氧化物固化的复合材料弹性损失。
    实施例6
    [0052]在70℃下混合62.5wt%丁基橡胶与30%′MS75D′热解法二氧化硅和7.5%实施例1中使用的硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,然后与6.25%′SP1055′溴化的烷基苯酚甲醛树脂和3.12%氧化锌混合,形成丁基橡胶母炼胶,下文称为Butyl MB1。
    [0053]配混62.5wt%硅橡胶胶料与30%′MS75D′热解法二氧化硅和7.5%以上的硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,形成硅橡胶母炼胶,下文称为Silicone MB2。在Brabender Z-叶片混炼机内,在10rpm下加热Silicone MB2到80℃,并添加Butyl MB1,得到丁基橡胶与硅氧烷弹性体的体积比为10:90。继续混合5分钟,以在硅氧烷弹性体内分散Butyl MB1。升高混合速度到120rpm,从而引起剪切加热。在约100℃下,开始丁基橡胶的固化,并继续剪切,以动态硫化丁基橡胶,从而形成含已固化的丁基橡胶在未固化的硅氧烷弹性体内的产物。
    [0054]配混这一产物与基于硅氧烷弹性体的重量为0.6%的过氧化二枯基,并在170℃下加压固化成片材以供测试机械性能,并记录于下表3中。
    实施例7和8
    [0055]在实施例7中采用丁基橡胶与硅氧烷弹性体的体积比增加到30:70和在实施例8中为50:50,重复实施例6。下表3中记录了固化的试验片材的机械性能。在表3中还包括由Butyl MB1和在与0.6份过氧化二枯基配混之后固化的Silicone MB2制备的已固化的试验片材的机械性能。
    表3
     实施例丁基橡胶硅氧烷弹性体肖氏A拉伸强度伸长率100%模量撕裂强度(%vol)(%vol)(MPa)(%)(MPa)(kNm-1)SiliconeMB201007010.03352.4521.661090629.24801.4234.973070577.26810.8752.185050602.84360.9812.6ButylMB1100062155401.2735

    [0056]表3列出的结果表明,配混料的机械性能随丁基橡胶与硅氧烷弹性体之比为0-30vol%而线性变化。相对于100%的硅氧烷配混料,模量和拉伸强度下降,而伸长率和撕裂强度增加。这些丁基橡胶与硅氧烷弹性体共混物具有吸引人的机械性能,例如增加的断裂伸长率,它不是硅橡胶和丁基橡胶配混料性能之间的中间状态。
    实施例9
    [0057]混合100份EPDM MB2与10重量份′SP 1055′溴化烷基苯酚甲醛树脂和5重量份锌。将所得配混料模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热20分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表4中。
    实施例10
    [0058]混合EPDM MB2与足量EPDM,产生含10wt% MS 75D二氧化硅的组合物,下文称为EPDM MB3。混合100份EPDM MB3与10重量份′SP1055′溴化烷基苯酚甲醛树脂和5重量份氧化锌。将所得配混料模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热20分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表4中。
    对比例C2和D3
    [0059]相对于100份EPDM MB2或EPDM MB3,使用0.6重量份过氧化二枯基作为固化剂替代′SP 1055′树脂和氧化锌,分别重复实施例9和10。将所得配混料模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热20分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表4中。
    [0060]
    将从实施例9和10以及对比例C2和C3的试验片材中切割出的哑铃状试样在150℃下在空气中老化10天。最初和在老化试验过程中测量样品的伸长率和拉伸强度。下表4中示出了结果。
    表4

    [0061]根据表4可看出,尽管通过过氧化物固化的样品的伸长率和拉伸强度最初均高于通过溴化烷基苯酚甲醛树脂固化的样品的伸长率和拉伸强度,但通过树脂固化的样品在150℃下老化之后好得多地保留其机械性能。在热老化10天之后实施例8和9的样品的伸长率和拉伸强度高于在仅仅1天热老化之后对比例C2和C3的样品的伸长率和拉伸强度。
    实施例11
    [0062]配混′Therban AT′HNBR与以商品名′Cab-O-Sil MS 75D′销售的热解法二氧化硅和粘度为约20厘沲的硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷,得到由20wt%热解法二氧化硅,5wt%硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷和75wt% Therban AT组成的组合物,下文称为HNBR MB1。混合100份HNBR MB1与10份′SP 1055′和5份氧化锌。将所得配混料模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热20分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表5中。
    对比例C4
    [0063]混合100份HNBR MB1与2重量份过氧化二枯基。将所得配混料模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热20分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表5中。
    对比例C5
    [0064]混合100份HNBR MB1与4重量份过氧化二枯基。将所得配混料模塑成试验片材。通过在密闭的金属模具内,在170℃下在压力下加热20分钟,固化该片材。测量固化的试验片材的机械性能并记录在表5中。
    [0065]将从实施例11以及对比例C4和C5模塑的试验片材中切割出的哑铃状试样在150℃下在空气中老化10天。最初和在老化试验过程中测量样品的伸长率和拉伸强度。下表5中示出了结果。
    表5

    [0066]根据表5可看出,尽管通过过氧化物固化的样品的伸长率和拉伸强度最初均高于通过溴化烷基苯酚甲醛树脂固化的样品的伸长率和拉伸强度,但通过树脂固化的样品在150℃下老化之后好得多地保留其机械性能。在150℃下热老化10天之后,实施例11的样品的伸长率和拉伸强度高于对比例C4和C5的样品的伸长率和拉伸强度。特别地,在热老化3天之后,样品C4和C5的拉伸强度低于10天热老化之后样品11的拉伸强度。我们认为,在实施例1-3中,使用HNBR替代EPDM弹性体,根据以上列出的方法制备的组合物导致具有改进的耐热老化性的HNBR-硅氧烷弹性体复合材料。

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    固化 弹性体 组合
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