含氢硅油对加成型液体硅橡胶硫化过程的影响

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

高含氢硅油，六甲基二硅氧烷或四甲基二氢二硅氧烷、二甲基环硅氧烷混合物，内蒙古恒业成有机硅有限公司进行生产的，其中高含氢硅油中活性氢的质量分数大约为1.6%。除了以上的三种原料之外，还需要例如氯铂酸、浓硫酸等一系列的助剂。这些助剂大都是国产，只有很少一部分需要由国外购进。而所需要的仪器有橡胶加工分析仪，型号是RPA-8000，高铁检测仪器有限公司，该仪器具有极高的精度，很适合作为该实验的检测仪器。

1.2 低含氢硅油的合成

合成见式（1）～式（2）。

低含氢硅油的合成过程比较复杂，最开始需要做的是计量好相应的高含氢硅油、DMC 以及双封头，之后将这些计量好的药品经过浓硫酸的催化作用，在80℃左右反应3h 左右，在此步骤后需要使用碳酸氢钠进行中和，此后只需要在真空条件下脱出低分子物即可以获得三种结构的低含氢硅油。（只用以上原料理论上无法合成出最后一种硅氢基键分布在两端的低含氢硅油）。这就是低含氢硅油的简单合成方法。低含氢硅油的结构式主要有三种，经过分析我们容易得到这些信息，第一种的分子链中包含了24个硅氢基，除此之外还可以观察到有一个y 值，y 值的改变决定着其中活性氢的质量分数，是一个比较重要的数据。不同于第一种结构的是，第二种结构改变y 值是能够使得该分子的活性氢质量分数稳定在一个固定的值，且其中的硅氢基数量间差别极大，比第一种结构更为复杂。第三种分子链之中的硅氢基数量为10，但同时分布在两端和侧链。

1.3 绘制相应的硅橡胶硫化曲线

根据相关的研究资料表明，胶料在交联的过程之中，其模量会随着交联度的升高而相应增加，橡胶加工分析仪可以用来测定交联过程中的模量变化。该装置的使用原理就是将转子埋在胶料之中，可以使用传感器将转子转动的扭矩记录下来，并作出最终的硫化曲线。硫化曲线的制作可以帮助人们更为详细地了解一些硅橡胶的过程，最佳的硫化时间以及硫化的完成时间都可以通过硫化曲线来反应。每次的实验过程都有着不同的目的，需要称取相应的原料并混合均匀，之后再加入一些铂作为催化剂，最后混合均匀之后放到橡胶加工分析仪绘制硫化曲线。

2 结果及讨论

2.1 含氢硅油的活性氢质量分数对硅橡胶硫化过程产生的影响

由实验所得数据及相关图像可以知道，随着含氢硅油中活性氢质量分数的提高，体系之中的t 缩短（这里t 表示硅橡胶的交联度）。从图1看出：不管是对于哪种低含氢硅油（活性氢质量分数的不同），t 值比较小时，相应的图线变化趋势是一致的。但如果活性氢的质量分数有所提高，则反应速率会有所加快，反应达到交联度为90% 所需要的时间也会相应的有所缩短。由此可以看出，活性氢的质量分数影响着硫化速率，但经过多次的实验探究证明，该影响是有限度的，活性氢的质量分数增加到一定值就不会再有明显的影响了。

图1 活性氢质量分数对硅橡胶硫化曲线的影响

2.2 含氢硅油之中硅氢基数量对硅橡胶硫化过程的影响

由图2所示，在体系之中的t 值变化趋势是先减小后增大，这些变化是因为分子链中硅氢基的数量在不断增加，在这样的变化之后，硫化速率加快之后会稍稍有减慢的趋势。由于硅氢基数量的减少会导致活性点的减少，反应活性不够；而数量过多容易导致他们之间彼此靠的太近不能够完全发挥所应有的活性。而另一方面，硅氢基的增加又会导致含氢硅油的黏度升高，这种情况下也会降低它的反应活性。由此可以知道每个分子链结构中含有10个左右的硅氢基比较合理，这样用它作交联剂制备的硅橡胶具有相对快的硫化速率以及较高的硬度。

图2 Si-H基数量对硅橡胶硫化曲线的影响

2.3 含氢硅油中硅氢基分布对硅橡胶硫化过程的影响

从图3看出，t 值较小时，侧链硅氢基的含量也比较小，同时侧链硅氢基封闭端含量也比较小，随着t 值的增大，这二者都会有所增加。据此图两条曲线的比较可以得出这样的结论，活性氢封端的含氢硅油具有较高的反应活性。同时硅氢基的数量相同分布却有很大的差异，一种是分布在侧链，另一种是分布在封端。

图3 Si-H基分布对硅橡胶硫化曲线的影响

3 结束语

目前我国已经在橡胶领域的发展中取得了一定的成果，相关的研究也在不断深入之中，橡胶领域是一个极为重要的项目，需要不断探索研究。我国在橡胶领域的探索终将会不断深入，在日后的发展之中会更进一步，在国际橡胶发展中占据席位。