包含炭黑的非固化性有机硅组合物制造技术

用于制造包含炭黑的非固化性有机硅组合物的方法，以及其在制造固化性有机硅组合物中的用途，特别是用于高压直流电(HVDC)应用中。特别是用于高压直流电(HVDC)应用中。特别是用于高压直流电(HVDC)应用中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含炭黑的非固化性有机硅组合物
[0001]描述
[0002]本专利技术涉及用于制造包含炭黑的非固化性有机硅组合物的方法、通过该方法获得的非固化性有机硅组合物以及其用于制造固化性有机硅组合物(特别是用于高压直流电应用中)的用途。
[0003]标准有机硅广泛用于交流(AC)高电压(HV)工业中。然而，这些材料无法用于新兴的直流电(DC)应用趋势中。使用炭黑(CB)作为填料材料为有机硅提供有利的性质，其中使用多年来确立的标准CB糊具有最高达325kV工作电压的积极测试结果。这种标准CB糊是经由三辊轧机技术或双叶片捏合机生产的(US20170372815A1)。
[0004]然而，本专利技术人发现，在最高达500kV的较高电压下，由于引起改性有机硅体系的击穿(breakdown)而存在限制。
[0005]此外，目前的导电液体硅橡胶(LSR)在改变机械性质方面非常受限，并且在一些情况下电导率不足。
[0006]包含炭黑作为填料的有机硅组合物例如公开在以下现有技术文献中：
[0007]WO2016/110570和US20170372815A1分别公开了使用包含如下的有机硅组合物：
[0008]a)至少一种具有烯基的聚有机基聚硅氧烷，
[0009]b)包含一种或多种聚有机基氢硅氧烷的交联剂组分，
[0010]c)包含一种或多种增强用二氧化硅或树脂的填料组分，
[0011]d)至少一种介电活性化合物，以及
[0012]e)固化催化剂，
[0013]其中所述介电活性化合物d)可选自炭黑，
[0014]即它们公开了使用固化性有机硅组合物，而本申请涉及使用非固化性有机硅组合物。
[0015]此外，WO2016/110570公开了一种用于制造绝缘体或场均压组件(field grading assembly)的方法，其包括将上述有机硅组合物通过经由喷嘴或模具挤出而成型，和然后通过热或光使成型的组合物固化。
[0016]尽管本申请涉及包括挤出包含炭黑的非固化性有机硅组合物的方法以及通过包括挤出步骤的方法获得的包含这种特定的非固化性炭黑有机硅组合物的固化性有机硅组合物，其导致固化的有机硅组合物对于DC应用的性质基于这种炭黑糊得以改善，但WO2016/110570和US20170372815A1公开了挤出作为使如上定义的固化性有机硅组合物成型的手段。
[0017]US2004/138370A1公开了一种在例如打印机中用作导电液体橡胶组合物的有机硅组合物，其包含：
[0018]a)具有烯基的聚有机基聚硅氧烷，
[0019]b)至少一种介电活性化合物，即炭黑
[0020]c)固化催化剂，
[0021]d)交联剂，其包含在一个分子中具有两个或更多个硅键合的氢原子的有机基聚硅
氧烷，
[0022]其中将上述组分优选连续地供应到混合设备中。混合设备可为挤出机等。
[0023]因此，尽管在本申请中，挤出是提供非固化性炭黑有机硅糊的强制性步骤，但US2004/138370A1公开了构成其中所述的固化性有机硅组合物的所有组分的混合步骤可通过挤出机实施。
[0024]WO2020/063799A1涉及一种包含炭黑的导电液体硅橡胶组合物，其包含：
[0025]a)一种或多种每分子具有至少两个烯基的聚二有机基硅氧烷，
[0026]b)至少一种有机基氢聚硅氧烷，
[0027]c)至少一种增强用填料，
[0028]d)至少一种氢化硅烷化催化剂，以及
[0029]e)导电填料，其含有
[0030](i)超导电炭黑，和
[0031](ii)单壁碳纳米管，
[0032]即其涉及一种固化性硅橡胶组合物。
[0033]对于这种固化性硅橡胶组合物，挤出被作为用于加工或形成上述固化性硅橡胶组合物的手段，并且因此起到与本申请不同的目的，本申请涉及使用挤出工艺制造非固化性炭黑有机硅母料。
[0034]WO2009/027133A2涉及一种用于制造成型的固化的有机硅制品的方法，其包括包含将固化性有机硅混合物连续成型的成型步骤。根据该文件的公开内容，所述混合物的一部分即如下组分的未固化混合物的一部分(其在25℃下可溶于CDCl3)具有小于0.025mol％的邻位硅烯基含量：
[0035](i)至少一种线型聚有机基硅氧烷，其具有至少三个烯基且通过以聚苯乙烯作为标准的GPC测定的二有机基甲硅烷氧基单元的平均数为至少3000，
[0036](ii)任选地一种或多种不同于根据组分(i)的聚有机基硅氧烷的具有烯基的聚有机基硅氧烷，
[0037](iii)至少一种具有至少两个SiH基团的聚有机基硅氧烷，
[0038](iv)至少一种可光活化的过渡金属催化剂，
[0039](v)任选地一种或多种填料，
[0040](vi)任选地一种或多种常规添加剂。
[0041]与本申请所涵盖的涉及用于制造包含炭黑的非固化性有机硅组合物的方法的专利技术相反，上述化合物(i)至(vi)的混合物表示包含待固化的有机硅组合物所需的所有化合物的固化性混合物：烯基聚硅氧烷(i)、SiH官能的聚硅氧烷(iii)和可光活化的过渡金属催化剂(iv)。
[0042]尽管在本申请的本专利技术方法的混合物中炭黑的存在是强制性的，但上述混合物的填料组分(v)的存在是可选的。
[0043]此外，WO 2009/027133 A2涉及一种包括对上述混合物进行连续成型的方法，其中未固化的混合物的连续成型步骤是挤出步骤，并且因此成型设备是挤出机。在WO 2009/027133的实施例中，举例说明了固化性有机硅组合物的挤出。
[0044]与WO 2009/027133 A2的公开内容相反，本申请涉及的组合物制造方法包括挤出
一种或多种聚有机基硅氧烷和一种或多种炭黑，即，本专利技术涉及包括挤出非固化性组合物的方法。
[0045]因此，本专利技术人进行了广泛的研究，以改善现有技术的有机硅组合物在其电性质和机械性质方面的缺点。
[0046]令人惊讶的是，他们发现，当CB糊通过挤出机技术加工时，其与常规的CB糊相比显示出显著不同的行为。CB纳米颗粒在有机硅材料中的分布均匀得多，导致由此制备的固化的硅橡胶组合物的许多令人惊讶地改善的电性质。通过所述挤出工艺，还实现了比用常规制备的CB糊更细的CB粒度分布。
[0047]与常规制备的CB糊相比，本专利技术的新型CB糊允许将量高得多的炭黑掺入固化的硅橡胶组合物中，而不会达到其中电阻率迅速下降的所谓临界渗流阈值。当用作相同高(或甚至更高)电阻率水平的绝缘体时，这允许将更多的炭黑掺入固化的有机硅组合物中。与此一致，固化的硅橡胶组合物包括更高浓度的电荷陷阱，这允许特别是在DC条件下降低电应力。因此，固化的有机硅组合物所得到的电性质使其更有信心在市场要求的超高压(如500kV)下运行于DC系统中。
[0048]此外，关于导电硅橡胶组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制造包含炭黑的非固化性有机硅组合物的方法，所述方法包括将一种或多种聚有机基硅氧烷a1)与一种或多种炭黑d)一起挤出。2.根据前一权利要求所述的方法，其中所述聚有机基硅氧烷a1)选自具有一个或多个不饱和基团、优选一个或多个烯基基团的聚有机基硅氧烷。3.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述挤出用挤出机进行，所述挤出机例如多螺杆挤出机，优选双螺杆挤出机，更优选同向旋转双螺杆挤出机。4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述一种或多种聚有机基硅氧烷a1)的重量与所述一种或多种炭黑d)的重量的重量比为90:10至75:25，优选89:11至80:20。5.非固化性有机硅组合物，其通过如前述权利要求任一项所定义的方法获得。6.根据前述权利要求任一项所述的非固化性有机硅组合物，其包含基于整个有机硅组合物的总重量的至少10、优选至少11、还更优选至少12重量％的一种或多种炭黑d)，和/或包含基于整个有机硅组合物的总重量的10
‑
25、优选11
‑
24、还更优选12
‑
23重量％的一种或多种炭黑d)。7.根据前述权利要求任一项所述的非固化性有机硅组合物，其中小于10μm的颗粒的数量百分比大于70％，优选大于80％，还更优选大于90％，和/或大于10μm的颗粒的数量百分比小于30％，优选小于20％，还更优选小于10％，还更优选小于5％，各自如通过动态光散射测定的，和/或其中基于非固化性有机硅组合物的颗粒数量的粒度分布的Dn
50
小于7μm，优选小于5μm，并且更优选小于3μm，如通过动态光散射测定的，和/或其中基于非固化性有机硅组合物的颗粒数量的粒度分布的Dn
90
小于15μm，优选小于10μm，更优选小于8μm，并且最优选小于5μm，如通过动态光散射测定的。8.根据前述权利要求任一项所述的非固化性有机硅组合物用于制造固化性有机硅组合物的用途，优选作为用于掺入到固化性有机硅组合物中的母料，优选用于高压直流电应用。9.固化性有机硅组合物，其包含根据前述权利要求任一项所述的非固化性有机硅组合物，优选包含：a)100pt.wt.的一种或多种具有一个或多个不饱和基团、优选一个或多个烯基基团的聚有机基硅氧烷a2)，b)0
–
100pt.wt.的包含一种或多种聚有机基氢硅氧烷的交联剂组分，c)0
–
100pt.wt.的一种或多种填料组分，其包含一种或多种增强用二氧化硅或树脂，d)0.1
–
3pt.wt.的一种或多种炭黑，e)固化催化剂，其选自能够实现氢化硅烷化的化合物和有机过氧化物，以及f)0
–
50pt.wt.的一种或多种辅助添加剂。10.根据权利要求9所述的固化性有机硅组合物，其包含基于固化性组合物的总重量的0.1
‑
2.4wt％、优选0.2
‑
2.4wt％、更优选0.5
‑
2.2wt％、甚至更优选1.0
‑
2.0wt％，且甚至更优选1.3
‑
1.8wt％的一种或多种炭黑d)。11.固化的有机硅组合物，其通过将根据前述权利要求9
‑
10任一项所述的固化性有机硅组合物固化而获得。12.根据权利要求11所述的固化的有机硅组合物，
·
在脉冲电声(PEA)电荷移动图中，任何电荷从一个或每个电极的移动<0.2mm，优选<0.3mm，和/或
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在PEA电荷移动图中，从一个或每个电极的峰值max/min移动＜0.05mm、优选＜0.1mm，和/或
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其中在总电荷累积图中5h之后、优选2.5h之后，直到20小时的测量时间的平均电荷密度的增加小于20％，优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：迈图高新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：