硅橡胶海绵成孔剂水洗工艺的改进(一）

     硅橡胶海绵具有减震、隔音、隔热、密封等功能,在交通运输、石油化工、制药、仪表及航空航天等领域得到广泛应用。硅橡胶因分子链柔韧性大，工艺性能好，压缩永久变形小。其海绵材料具有较好的耐热、耐老化、耐天候等性能和良好的缓冲作用。
     制备硅橡胶海绵主要有化学发泡成型和添加物理成孔剂(无机盐或尿素)溶析成孔两种方法，物理成孔剂多为小分子易溶有机物采用水浸泡(又称水洗)的方法可以将其溶出得到泡孔。为加快成孔剂的溶析速度,一般采取提高水洗温度和增加水洗频率等方法。本文主要介绍利用表面活性剂改进硅橡胶海绵成孔剂水洗工艺的新方法。
                                                        1.实验
1.1 主要原材料
     硅橡胶(牌号110-2)、羟基硅油(牌号GY209-3)、表面活性剂AF和TS，晨光化工研究院产品；气相法白炭黑，牌号WackerT40，德国瓦克公司产品；表面活性剂OP，中原化工厂产品。
1.2 基本配方
     硅橡胶100,白炭黑20~40，羟基硅油5,硫化剂BPO2~4,成孔剂150~200。
1.3 主要设备与仪器
     SK-250型开炼机,水洗槽,SWY-4型鼓风干燥箱,G2型表面接触角测定仪
1.4 试样制备
     胶料在开炼机上混炼,在平板硫化机上硫化,硫化条件为110℃*30Min
1.5 性能测试
     用表面接触角测定仪测试表面活性剂在纯硅橡胶胶片及硅橡胶海绵上的接触角。
                                                  

                                                      2 结果与讨论
2.1 表面活性剂的选择
     表面活性剂能显著降低溶剂表面的张力，同时具有亲水性和亲油性。本工作采用表面活性剂AF,TS和OP进行水洗试验，其中AF为非离子型表面活性剂,TS和OP为阴离子表面活性剂。
     为表征表面活性剂对硅橡胶的浸润能力，测试了其在纯硅橡胶胶片上的接触角，结果表明，表面活性剂AF，TS和OP在纯硅橡胶胶片上的接触角依次为35.78，50.85和65.59°，均小于90°,而水在胶片上的接触角为108.8°(大于90°)，说明表面活性剂在胶片上具有一定的浸润能力。其中AF的接触角最小，对硅橡胶的浸润能力最强。
     水洗是用水将成孔剂溶析出来，因此表面活性剂必须能溶解于水。3种表面活性剂在水中的溶解性测试结果见表1。

     从表1可以看出，AF在常温下即能与水完全互溶，温度升高，溶解性反而降低；TS和OP在水中的溶解性随着温度的升高而提高。非离子型表面活性剂则不同,低温时易与水混溶,温度升高则溶解度降低,但它在水中不发生电离,稳定性高,不易受无机盐及酸碱的影响,在固体表面不易吸附。因此选择非离子型表面活性剂AF进行水洗试验。这是由于离子型表面活性剂在水中的溶解度与温度的变化表面活性剂温度完全溶解完全溶解有浑浊TS部分溶解溶解溶解OP不溶解部分溶解溶解关系与一般无机盐相似，即随着温度的升高而提高；非离子型表面活性剂则不同，低温时易与水混溶，温度升高则溶解度降低，但它在水中不发生电离，稳定性高，不易受无机盐及酸碱的影响，在固体表面不易吸附。因此选择非离子型表面活性剂AF进行水洗试验。
2.2 水洗试验
     水洗基本工艺为:水+表面活性剂→互溶硫化成型的硅橡胶海绵水洗→干燥(85℃)。
2.2.1 AF溶液质量分数
     为确定表面活性剂AF的用量，测试了AF溶液在纯硅橡胶胶片上的接触角，并进行了不同质量分数AF溶液的水洗试验。质量分数为0.001的AF溶液在纯硅橡胶胶片上的接触角19.85°，可见加入微量的AF就能极大改善水对硅橡胶的浸润能力，且比纯AF更能浸润硅橡胶。
     AF的表面张力极低，极小的用量即可使水的表面张力从72mN.m-²降至22mN.m-²，大大增加了水的浸润能力。质量分数为0.001的AF水溶液能有效降低水的表面张力，一般AF溶液质量分数为0.0005-0.002，质量分数过大反而会降低润湿渗透效果。采用不同质量分数AF溶液常温(20~30℃,下同)水洗,每隔4h换水次，20h后将试样在鼓风干燥箱中充分干燥。以试样质量剩余率表征成孔剂溶出程度，其值越小表示成孔剂溶出越彻底。试样质量剩余率=(干燥后试样质量/水洗前试样质量)*100%。试验结果见图1。

     从图1可以看出，AF质量分数超过0.002后,并没有明显增大成孔剂的溶出速度。由于后续工作需要去除硅橡胶海绵中残余的表面活性剂，因此AF溶液质量分数越小越好，质量分数为0.001的AF溶液水洗效果较好。以下试验选用AF质量分数为0.001。

     从图2可以看出，常温下AF溶液的水洗效果优于40e时的水洗效果，略低于70℃时的水洗效果。升高水温可以增大成孔剂的溶解量，加快溶解速度，但非离子型表面活性剂在热水中的溶解性较差，通过试验可以确定使成孔剂溶析速度较快的水温：用AF溶液在不同温度下水洗40h,每隔4 h换水一次，将试样充分干燥，计算质量剩余率，结果见图3。

     从图3可以看出，水温约为30℃时，AF溶液的水洗效果较好。