一種高效的硅橡膠熱穩定劑-氣相法二氧化鈦

氣相法二氧化鈦

一種高效的硅橡膠熱穩定劑

多年來，在有機硅工業領域中，的合成二氧化硅已為大家所熟知。無論是沉淀法 二氧化硅還是氣相法二氧化硅，都可被用作為硅 橡膠中的補強填料以改善其機械性能。在有機硅 密封劑的領域中，二氧化硅還可以作為觸變劑。

目前的極細金屬氧化物，例如：納米級二氧化鈦，也是由已知的氣相法工藝生產的。在硅橡膠中，氣相法納米級二氧化鈦 不但提高了熱穩定性，而且還改進了阻燃性能。

新產品氣相二氧化鈦是一種混合型氣相法二氧化鈦，它是改進產物。尤其在加成交聯的有機硅體 系諸如：液體硅橡膠和 RTV-2C 硅橡膠中，比起氣相二氧化鈦 ，混合型氣相二氧化鈦能實現熱穩定性的 顯著提高。

硅橡膠的熱穩定性

彈性體的物理和機械性能在加熱時僅發生很微 小的變化，硅橡膠就屬于這類彈性體的一種， 穩定的 O-Si-O 結構就是其高溫絕緣的原因所 在。這類聚合物只在溫度大約 200℃以上時才 會發生大量降解。而這些在高溫時發生的變化 主要從兩方面產生：

?  空氣中的氧氣會引起有機基團的降解。這種 氧化作用首先導致了脆化或凝膠化，然后使得 聚合物降解,形成揮發性的產物。

?  當空氣中的氧不存在時， 解聚作用會產生低分子量的硅氧烷，尤其是在酸和堿作為催化劑存在的情況下。

僅當溫度在約 450℃以上時，硅橡膠的熱降解才會發生， 從而形成二氧化硅， 二氧化碳和水。由于金屬離子的氧化性質， 加入其它金屬混合氧化物和氣相二氧化鈦可以穩定硅橡膠不受高溫影響。金屬氧化物能吸收電子而使得在聚合體的熱應力中形成的自由基變為無害。不受控制的聚合作用和氧化作用則受到了很大程度的抑制。

氣相二氧化鈦對硅橡膠熱穩定性的影響

為確定氣相二氧化鈦的熱穩定作用， 我們已在各種有機硅體系中作了測試，分別選擇了 RTV-1C(縮合交聯) ，RTV-2C(縮合交聯)， LSR(加成交聯)和 HTV(自由基交聯)體系的配方。在實驗部分給出了各個硅橡膠配方的明確組成。

氣相二氧化鈦在每一種體系中，都添加在相對應的硅橡膠體系的標準配方中，而且與不 含 熱 穩 定 劑 的 參 考 樣 品 以 及 含 有 以 氣相二氧化鈦為熱穩定劑的樣品都作了比較。樣品都保存在 250℃或275℃的熱風對流烘箱中。

作為橡膠應用的相關參數， 樣品的重量損失， 邵爾 A 硬度和回彈性都得到 了測定。雖然對于獨立的樣品老化后的機械性能來說， 重量損失本身并不能說明什么， 但是它可以作為樣品分解程度的一種測試方法。如果其曲線在貯存時間結束前中止的話，則表明樣品被破壞或發生了玻璃化。

對于液體硅橡膠(LSR)，其整個貯存時間段的邵爾 A 硬度和回彈性的曲線也已測得。這些數據證實與重量損失測定出的結果是一致的， 但卻無法給出更多的信息。鑒于此，這些曲線并不能代表其他有機硅體系情況。

LSR 液體硅橡膠

在貯存溫度為250℃下,僅11天之后，參考樣品發生了玻璃化，重量損失為15%。而含有 氣相二氧化鈦和 氣相二氧化鈦混合物的樣品則顯示了很好的熱穩定性。只有含 0.5% 氣相二氧化鈦的樣品在 34 天后顯示出玻璃化的跡象。

在貯存溫度為 275℃時，含氣相二氧化鈦混合物的樣品顯示出的曲線表明其變化與 濃度是無關的。大約 40  天后的重量損失為 18% 。用 氣相二氧化鈦作穩定劑的樣品也顯示出 其重量損失曲線與濃度無關。然而， 12 天后樣品卻發生玻璃化。

對邵爾 A 硬度和回彈性的測試則證實 了含有 1%和 1.5% 氣相二氧化鈦混合物的 LSR 樣 品在 275℃時有著較好的熱穩定性。

RTV 室溫硫化硅橡膠

RTV-1C 硅密封劑，縮合交聯

貯存溫度為 250℃時，在硅密封劑中 加入 1.5% 氣相二氧化鈦或氣相二氧化鈦混合物同樣也顯示出優勢。重量損失少于8%。

當貯存溫度升至275℃時，參考樣品在24小時內就發生玻璃化。氣相二氧化鈦可穩定樣品 23  天，但卻有相對較高的重量損失度。用 TiO2PF2 則能實現

RTV-2C 硅橡膠，縮合交聯

鑒于 RTV-1C 密封劑的情況，當貯存 溫度為 250℃時，加入  氣相二氧化鈦和 氣相二氧化鈦混合物也可實現 RTV-2C 體系的熱穩定性

的提高。然而據觀測，在此條件下這兩個產品間并無 明顯區別。與之不同的是，當貯存溫度為 275℃ 時，卻發現這兩個產品間有很大差 別。在更高的貯存溫度下，  氣相二氧化鈦混合物明顯是更為有效的熱穩定劑。樣品在整個實驗階段都沒有發生玻璃化。

HTV 高溫硫化硅橡膠

在 250℃和 275℃時， HTV 硅橡膠的 測試結果都表明氣相二氧化鈦和氣相二氧化鈦混合物是非常適合用于穩定這些耐高溫體系的。然而， 兩者之間并無明顯差別。

由這些研究無法看出氣相二氧化鈦混合物和氣相二氧化鈦之間在重量損失方面有何差別。因而我們決定研究初始樣品的伸長率，并且把研究結果 與那些在由ASTM     D 573-99 指定升高的溫度下受到空氣的變質影響的樣品之結果作了比較。在 275℃下經過 7 天后，氣相二氧化鈦混合物穩定性橡膠伸長率的變化仍不到50%。另一方面，氣相二氧化鈦穩定性橡膠則顯示剛過 3 天，伸長率的變化就超過 50% 。

5  總結

氣相二氧化鈦 和氣相二氧化鈦混合物都是非常有效的硅橡膠熱穩定劑。然而，在相對較高的溫度(275℃)下， 氣相二氧化鈦混合物顯然是更為有效的熱穩定劑。這在加成交聯 LSR 的體系中尤為明顯。在這些結 論的基礎上，我們還看出在加成交聯的 RTV-1C 配方中也可獲得類似的好效果。

在縮合交聯的 RTV-2C 體系中，同樣 也發現 氣相二氧化鈦混合物比 氣相二氧化鈦有明顯的優勢，特別是在相對較高的溫度(275 ℃)下。而過氧化交聯的 HTV 硅橡膠的結果也顯示了氣相二氧化鈦和 氣相二氧化鈦混合物有很好的熱穩定性能。