机器印花用液体硅橡胶的配方设计

广东化工 2019年第5期· 58 · 第46卷总第391期机器印花用液体硅橡胶的配方设计

张琴

(广东省钢铁研究所，磁性材料研究室，广东广州 510640)

[摘要]本文主要从加成型液体硅橡胶的主体树脂分子量、交联剂、催化-抑制体系用量等方面，平衡实际生产和成品性能要求，对比试验结果，从而设计最有利的固化体系组合，以满足实际纺织机器印花生产流程的需要。

[关键词]液体硅橡胶；加成型；机器印花；适用期

[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)05-0058-02

The Curing Composition Design of Liquid Silicone Rubber for Automated Textile

Printing

Zhang Qin

(Guangdong Iron and Steel Research Institute, Laboratory of Magnetic Materials, Guangzhou 510640, China)

Abstract: Addition type liquid silicone resin’s molecular weight, its cross-linking agent and catalyst-inhibitor system were discussed, respectively. Based on the requirement on both the automated textile printing efficiency and the materials’ performance, the most beneficial formula was designed, so as to achieve the best pot life of the curing composition and match the mass production.

Keywords: liquid silicone rubber；addition type；automated textile printing；the best pot life

1 前言

有机硅材料是一种具有优异的耐温性能、耐腐蚀性、耐候性等诸多特性的高性能材料，其中，加成型液体硅橡胶由于其粘度范围较为宽广、同时具有低粘度流体的流动性及高粘度粘滞性、硫化条件可控性等特征，在灌封、胶黏、液体注射成型等众多方面有着良好的市场应用。

在纺织印花领域，亦可通过丝网印刷的方式，得到性能良好的加成型液体硅橡胶涂层。但是，目前市面上一般传统加成型液体硅橡胶涂料，其开罐混合后的涂料适用期较短(室温下不超过3小时，升高温度失效更快)，只适合人工走台的手工方式进行丝网印刷，限制了生产效率及市场拓展。为了解决这一矛盾，本文针对印花行业主流在役的椭圆形自动印花机的特点(之前主要使用水性油墨或热固油墨进行机器印花，设备工作局部温度可高达90 ℃，连续开机一班时间为5~6小时)，从三个方面对比实验，重新设计液体硅橡胶固化体系组合方案，以满足实际纺织机器印花生产流程的需要。

2 配方体系的设计

加成型液体硅橡胶的应用配方体系，一般包含带特定双或多官能团的树脂主体(如端乙烯基硅油)、含交联基团的液体硅油交联剂、补强剂、催化剂及抑制剂等。下文在相关专利技术[1]的基础上细化，主要从线性液体硅油的分子量、交联剂液体含氢硅油的用量，以及催化-抑制剂体系的用量这三个方面，采用旋转粘度、力学性能、DSC等进行测试对比分析，以设计出在90 ℃开罐适用期能够达到5小时的固化配方体系。

2.1 主体硅树脂的分子量的筛选

选择市售的不同分子量的端乙烯基聚二甲基硅氧烷(Vi-PDMS)，单独或复配后，经相同的补强处理，并添加相同用量(相对Vi含量过量的)的交联剂A、催化剂C进行固化并对比。具体配方如表1。

表1 不同分子量的配方

Tab.1 The Reference Formula of Resin’s Molecular Weight

Vi-PDMS分子量(以表观粘度标识) 配方1 配方2 配方3 配方4 配方5 配方6 配方7

500 70 / / / / / /

1000 / 70 / / / / /

5000 / / 70 / / / /

10000 / / / 70 / / 35

20000 / / / / 70 / 35

50000 / / / / / 70 /

2.2 交联剂用量

选择市售的交联剂A和交联剂B，在经过相同补强剂和选择相同催化剂的前提下，对比不同配方的各项性能。具体配方如表2。

表2 不同交联剂种类和用量的配方

Tab.2 The Reference Formula of Cross-linking Agents

Vi-PDMS及含氢硅油组合配方1 配方7 配方8 配方9 配方10 配方11 配方12

500 70 / 70 / / / /

10000 / 35 / 35 35 35 35

20000 35 35 35 35 35

交联剂A 2 2 / / / / /

交联剂B / / 2 0.5 1 2 4

2.3 催化剂-抑制剂体系用量的选择

参考文献[2]，结合成本，选择市售的催化剂C和抑制剂D进行搭配，并以表3所列配方进行对比试验。

[收稿日期] 2019-02-15

2019年第5期广东化工

第46卷总第391期 · 59 ·

表3 不同用量的催化剂-抑制剂体系的配方

Tab.3 The Reference Formula of Catalyst-inhibitor System

固化体系组合(相同补强剂处理) 配方11 配方13 配方14 配方15 配方16 配方17

10000 35 35 35 35 35 35

20000 35 35 35 35 35 35

交联剂B 2 2 2 2 2 2

催化剂C 0.3 0.6 0.9 0.6 0.6 0.6

抑制剂D / / / 0.05 0.1 0.2

3 试验结果与讨论

上述所有配方制备后，需测试旋转粘度数据的，会在配制后立刻测出结果，或在90 ℃恒温下，在线记录粘度随时间变化数据；检测流平性的，则使用150目筛网进行模拟丝网印刷，放置15 min 后经130 ℃固化3 min并观察涂层表面状况；拉伸性能则将配制好的涂料通过标准模具压制和制样后，进行力学测试；通过DSC(测试范围50~200 ℃，升温速率10 ℃/min)，测试固化体系的起始反应温度T l、峰值温度T p和固化结束温度T r。

3.1 分子量的筛选结果

配方1~7的测试结果如表4所示。从结果可以看出，Vi-PDMS 分子量越大，固化时反应温度也越高，但即使配方7仍无法达到所需的工作温度，因此还需后续其他方面的调配；分子量越大，固化后的涂层强度越高，配方4已达到一般印花材料强度的需求(高于5 Mpa)。但同时，由于体系粘度剧增，其涂层的平整性会受到影响，而诸如配方1~2的体系粘度太低，又会增加施工次数。结合以上分析，选定最终涂料适用期的工作粘度范围为290000~470000 mpa·s，并采用配方7作为进一步实验分析改进的基础。

表4 不同分子量的配方的性能结果

Tab.4 The Test Results of Reference Formula 1-7 Based on Different Resin’s Molecular Weight

起始反应温度T l/℃峰值温度T p/℃粘度/mpa·s表面流平性丝印涂层厚度/mm 拉伸强度/Mpa 配方1 68.1 71.8 13000 平滑0.02 0.33

配方2 72.9 77.0 32000 平滑0.03 1.04

配方3 76.6 79.1 110000 平滑0.05 2.68

配方4 80.5 86.7 290000 平滑0.07 5.53

配方5 85.1 90.3 470000 轻微不平0.11 7.82

配方6 88.4 94.8 700000

不平滑 0.13 9.51 配方783.9 88.9 380000 平滑0.09 6.86

3.2 交联剂用量的影响

交联剂含氢硅油A、B及其用量的影响，可通过表5所示的结果进行分析。

表5 不同交联剂的配方的影响

Tab.5 The Influence of Different Cross-linking Agents

起始反应温度T l/℃峰值温度T p/℃粘度/mpa·s 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/% 配方1 68.1 71.8 13000 0.33 165

配方783.9 88.9 380000 6.86 610

配方8 69.5 73.0 15000 0.48 195

配方9 85.3 90.6 415000 5.77 516

配方10 87.1 92.5 410000 6.27 597

配方11 88.1 95.8 400000 7.08 681

配方1286.4 91.8 395000 6.75 608

对比配方1和8、7和11可以看出，由于交联剂B分子量比交联剂A的高，克服链段所需的活化能也越高，因此，除了选择高分子量的主体树脂，交联剂的分子量高也能造成固化反应向高温进行。同时，由于交联剂B的含氢量也高，因此反应完全后，其固化体系比由交联剂A组成的体系交联密度更高，具有更好的机械性能；但随着氢含量相对乙烯基含量的过量，在配方12中，过量的小分子含氢硅油发生自聚反应，导致固化物的韧性和强度略有下降。结合DSC数据和力学性能数据，选择配方11作为进一步优化的基础。

3.3 催化剂和抑制剂的影响

所选择的催化剂C和抑制剂D，只改变(加快或在一定程度上阻碍)反应的进程，但后固化(130 ℃下3 min)完全后，材料的性能是不受影响的。如表6所示，对比配方11、13、14的DSC数据可知，催化剂C的加入量的提高，并没有降低反应的起始温度，但反应会更快固化完全，这是有利于实际生产中后固化效率的。考虑成本，选定配方13来研究抑制剂的影响。

表6 催化-抑制体系用量的影响

Tab.6 The Influence of The Catalysts’ & Inhibitors’ Content

起始反应温度T l/℃峰值温度T p/℃固化结束温度T r/℃初始粘度/mpa·s90 ℃恒温5h后粘度/(mpa·s) 配方11 88.1 95.8 105.3 / /

配方1387.5 93.6 102.1 399000 凝胶

配方14 87.9 91.1 99.7 / /

配方15 95.5 100.4 111.7 399000 550000

配方16 100.9 107.8 117.2 399000 435000

配方17 103.2 112.6 121.4 398000 422000

通过表6及图1可以看出，抑制剂的加入，阻碍了固化体系在低于90 ℃下的快速反应，反应进程整体向高温移动，特别的，当抑制剂含量达到0.1 %及以上后，体系在90 ℃恒温5 h，体系粘

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