硅酮密封胶通常由一系列关键成分组成,包括作为基本骨架的有机聚硅氧烷(通常称为107胶)、增强材料特性的填料、提高柔韧性的增塑剂、促成固化的交联剂、加速反应的催化剂,以及赋予特定功能(如阻燃或抗菌)的功能性添加剂。这些不同成分的类型和比例直接决定了硅酮胶品牌的总体性能特征。
其中,作为硅酮密封胶产品主要填料的纳米碳酸钙,在多数配方体系中质量占比最高,因而对硅酮密封胶产品性能的影响也尤为显著。研究表明,纳米碳酸钙在硅酮密封胶体系中不仅可以填充增容,还能发挥一定补强作用,直接影响硅酮密封胶力学性能和应用表现。
纳米碳酸钙的晶形应与硅酮密封胶的生产配方、制品的加工技术及设备条件相适应,一般地讲,立方体、菱形六面体、立方体部分呈链锁状晶形的适应性比较广泛。
田伟等人采用加压鼓泡碳化及高剪切乳化改性工艺合成出晶粒大小相当、晶体形状不同的纳米碳酸钙,并以其为填料制备单组分脱醇型硅酮密封胶,探究了纳米碳酸钙晶体形状对硅酮密封胶力学性能的影响以及作用机制。
1、纳米碳酸钙合成
将浓度95~110g/L的氢氧化钙浆液冷却到工艺温度(≤30℃),根据目标晶形选择加入不同晶形导向剂,搅拌均匀后加入小型加压鼓泡碳化塔。氢氧化钙浆液为连续相,净化冷却后的石灰窑窑气(二氧化碳含量35%左右)为分散相,在高剪切乳化泵作用下促进气、液、固三相传质和碳酸化反应,同时,借助热电偶、电导率仪和pH计监测碳酸化反应进程。当pH接近7.5,电导率值达到谷值又再次上升时,碳酸化反应结束。将碳化得到的纳米钙熟浆,泵入改性罐中并加热至75℃,根据固含量和BET数据,加入1.05倍理论计量的复合改性剂进行高剪切乳化改性,持续50min后完成改性,改性浆液保温陈化12h后,经压滤、干燥和气流粉碎后得到纳米碳酸钙粉体。
2、实验结果表明:
(1)纳米碳酸钙的晶体形态对硅酮密封剂的性能有重要影响。这种影响可能是由于不同的晶形改变了碳酸钙粒子在硅酮基体中的分散性、体积密度以及空间阻碍效应,这些变化与107聚合物链之间的作用方式和作用力强弱相互作用,进而影响了密封剂的物理特性,如密度、固化速度、硬度和拉伸强度。
(2)不同晶形的纳米碳酸钙对硅酮密封剂的增强效果存在差异:球形和立方体状的纳米碳酸钙更适合生产硬度较低、拉伸强度适中及弹性回复率较高的硅酮制品;而纺锤形和针状的纳米碳酸钙则更适合生产硬度较高、拉伸强度好且尺寸稳定性佳的硅酮制品。(3)通过混合不同晶形的纳米碳酸钙,可以制造出填充性能更均衡的产品,这为改进纳米碳酸钙产品和提升硅酮密封剂性能提供了新的途径。