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加成型硅胶的配方体系里,铂金催化剂如同动力澎湃的引擎,推动加成型硅胶快速固化成坚韧弹性体。
然而,在某些场景下,却需要给这股“动力”装上精密的“刹车系统”——这就是抑制剂。它们的存在,让硅橡胶的固化过程变得更加可控,解决了应用上的诸多不便。
加成型有机硅的固化本质是乙烯基(Si-Vi)与硅氢(Si-H)在铂金催化下的加成反应。抑制剂的核心作用就是暂时、可逆地抑制铂金催化剂的活性,从而达到如下效果:
l 延长操作时间(适用期):允许更充分的混合、脱泡、复杂填充或精密灌注。
l 精准控制固化起点:避免在混合、运输或灌注过程中过早固化(单组分加成),造成浪费或设备堵塞。
l 防止铂金催化剂中毒:屏蔽体系中可能存在的微量毒物(如含S、N、P、Sn、Pb等物质)对铂金的毒害作用,保障最终固化性能。
2、传统抑制剂种类及其特点
主要分为三大类:
(1)炔醇类抑制剂
l 代表物质:
乙炔基环己醇(ECH)、甲基丁炔醇(MBY)、二甲基己炔醇(DMHD)等。
l 作用机理:
炔基(-C≡C-)能与铂金(Pt)形成暂时性的络合物,占据催化活性位点。
l 特点:
抑制效果好:显著延长适用期,尤其适合需要长时间操作的场合。
热稳定性强:抑制效果随温度升高而急剧减弱。低温下强效抑制,一旦达到特定 “解抑温度”(通常80-150℃),络合物快速挥发,固化迅速启动。这种特性使其非常适合需要“升温快速固化”的工艺。
不足:部分低分子量炔醇可能有轻微气味,或在高温下轻微影响制品颜色。有时还会表面起皱,上下固化硬度不一致。
(2)含氮化合物类抑制剂
l 代表物质:肼类化合物、胺类化合物、酰胺类、含氮杂环化合物等。
l 作用机理:氮原子的孤对电子能与Pt配位,降低其催化活性。
l 特点:
抑制强度可调范围广:不同结构差异大,可实现从轻微延迟到强效抑制。
稳定性各异:部分含氮化合物可能在高温或长期储存下不稳定,或与体系其他组分反应,有时会引起铂的催化活性永久失效。
潜在气味/毒性:部分物质可能有气味或毒性问题,需谨慎选择。
特殊价值:对某些特定毒物(如含硫化合物)有较好的“抗中毒”保护作用。
(3)乙烯基硅氧烷类抑制剂
l 代表物质:特定结构的含乙烯基硅油或硅氧烷低聚物。
l 作用机理:通过“稀释”体系中有效乙烯基单体的浓度或形成空间位阻,物理性地减缓反应速率。
l 特点:
抑制效果温和:主要提供短时间的延迟,延长适用期有限。
无解抑温度:效果随温度升高呈平缓减弱趋势。
相容性好/副作用小:本身是硅氧烷结构,对最终制品性能(如透明度、机械性能、耐老化性)影响通常很小,无明显气味或毒性问题。
3、抑制剂选型关键考量因素
选择最合适的抑制剂,需要综合权衡以下因素:
(1) 操作时间(适用期):需要延迟几分钟、几小时还是几天?炔醇类可提供长适用期。
(2) 固化温度:
l 高温固化(>100℃):炔醇类(利用其解抑特性)是首选。
l 中低温固化(60-100℃):需选择在此温度范围能有效延迟且能最终解抑的炔醇或特定含氮化合物。
l 室温固化(RTV):乙烯基硅氧烷类或极低浓度的温和含氮化合物更常用,避免过度抑制导致不固化。
(3)体系敏感性(毒物风险):如果原材料或环境中可能存在使铂金中毒的物质(如某些橡胶、环氧树脂、助焊剂、特定填料、操作人员汗液等),需选择具有强抗中毒能力的抑制剂。
(4)最终性能要求:
l透明度:乙烯基硅氧烷类影响最小;炔醇和部分含氮物需评估其高温黄变风险。
l气味:乙烯基硅氧烷类通常无味;部分炔醇和含氮物可能有气味,需选择低气味型号或评估其在固化过程中是否能挥发干净。
l生物相容性/食品接触:必须选择法规批准的、低迁移、低毒性的抑制剂。
l添加便利性与稳定性:抑制剂本身在基础胶中的溶解性、储存稳定性以及添加的便捷性。
l成本:不同抑制剂成本差异较大,需在满足性能要求下考虑经济性。
4、矽宝的新型抑制剂及效果
矽宝研制出几款具有代表性的新型抑制剂,通过结构调整,兼顾了相容性、气味、操作时间与后固化的需求,迎合了市场上的主流应用。特性如下表所示:
5、结语
抑制剂虽只是加成型有机硅配方中的一个小组分,却是实现高效、稳定、高质量生产的关键“调控手”。理解不同抑制剂能解锁加成型有机硅材料在各种复杂应用场景下的全部潜力。随着环保和高效要求的提高,开发高效、低毒、无味、可再生的新型抑制剂,也将是未来的重要发展方向。选择合适的“刹车”,让你的硅橡胶反应引擎跑得更稳、更远!
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