中性透明硅酮密封胶连续化生产工艺研究

王冬寒，孙玉金，李作文，毕施明

（湖北雨虹兴发凌志新材料有限公司，湖北 宜昌 443007）

中性透明硅酮密封胶是以羟基封端聚二甲基硅氧烷为主要原材料，添加适量的气相白炭黑作为补强，通过逐步添加交联剂、催化剂等生产的一种透明胶体。中性透明硅酮密封胶以其独特的高透明度、优异的触变性和高伸长率等优势获得了市场广泛的认可。作为室温硫化硅橡胶的一种，在耐寒、耐热、耐老化、防水和防潮性能等方面表现优异。在一些对外观要求高的场合使用极为广泛[1]。

现在生产中性透明硅酮密封胶主要为间歇操作分步加入的方法，第1步在强力分散机中进行硅酮密封胶预聚物的合成，即加入定量的107胶，硅油、白油搅拌均匀以后加入交联剂进行预聚；第2步添加烘干脱水的气相白炭黑做为填料，搅拌均匀进行真空脱泡脱水；第3 步降低反应温度在50 ℃以下加入催化剂再真空脱泡以后密闭混合，通过分装以后，包装为成品。生产过程中加料要迅速，打开釜盖刮胶的次数不宜过多，解除真空时要用干燥的氮气，尽量减少预聚物触空气的时间，避免发生结皮和凝胶颗粒。生产的设备普遍采用强力分散机进行混合搅拌生产，随着设备的更新换代强力分散机的容量也从1 000 L 不断更新换代到5 000 L，分散能力也不断的进行强化升级。

但是这种单批次生产，间歇式进行操作，逐步加料，不可避免的使生产的胶不稳定。为了生产的稳定，研究采用3级混合生产工艺装置连续化生产。采用高速分散剂搭配双螺杆机的优势，以降低生产损耗，节约生产成本，总结出中性透明硅酮密封胶生产过程中的影响控制因素。

1 实验部分

1.1 原料及设备

α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107硅橡胶），黏度（25 ℃，下同）80 Pa·s；甲基硅油，黏度0.35 Pa·s；白油；气相白炭黑，HL-150W，比表面积150 m2/g。

双螺杆挤出机，SLG-96CX；高速分散机、旋转黏度计，博勒飞DV2T-RV；拉力试验机，WAW-D；厚漆腻子稠度测定器，QCT型；密度天平，AE型。

1.2 透明硅酮密封胶的制备

中性透明硅酮密封胶的生产不能一次性加入，要分步骤操作，逐步进行。先将以质量计的65份107硅橡胶、10份甲基硅油、10份白油、5份交联剂进行搅拌反应，预交联完成以后加入10 份气相白炭黑补强剂混合，最后加入0.6 份催化剂。然后脱出低挥发性物质、水分和气泡，制得成品均匀挤出。生产工艺流程见图1。

图1 中性透明硅酮密封胶生产工艺流程Fig 1 Production process diagram of neutral transparent silicone sealant

首先在1#高速分散机将107基胶、增塑剂和交联剂混合，形成预混合交联体系，通过后端泵输送，在1#冷却器降温以后，进入2#高速分散机，在里面加入气相白炭黑进行高速混合，再通过后端泵输出，进过2#冷却器降温进入3#高速分散机，加入催化剂体系，高速分散以后进入双螺杆挤出机，通过双螺杆挤出机将物料剪切、啮合、向前输送，物料内部产生的气体和低挥发性分子，在双螺杆挤出机上方的真空口被排出，在螺杆挤出机出口对中性透明硅酮密封胶取样检测，产品合格以后进入胶进入密封罐分装成品。不合格的重新进入回收料缸，返回螺杆进行回收处置。

1.3 性能测试及表征

拉伸强度：按GB/T 13477.8-2002 工字件拉伸测试法[2]；密度：按GB/T 1033-86天平测定法[3]；硬度，按GB/T 531-1999硬度测试法[4]；稠度，按GB/T 1749-1979 腻子稠度仪测定法[5]；黏度：按GB/T 10247-2008 黏度测定法[6]；简易粘接：按GB 16776-2005 附录D 粘接测试法[7]；表干时间，按GB/T 13477.5 - 2002[8]；挤 出 性，按GB/T 13477.3-2002[9]。

2 结果与讨论

2.1 连续化和间歇式生产特性对比

中性透明硅酮密封胶的连续化生产要求严苛，既要能保证物料在系统内停留时间短，又要保证在物料分布混合均匀，反应完全。同时要消除反应过程中物料变化的影响，以及热量的排除，从而达到质量稳定。关键控制因素有物料性能、生产的稳定、真空脱低和温度的控制等。结果见表1，其中样品1#为连续化生产制得，样品2#为间歇生产制得。

表1 连续化和间歇式生产产品对比Tab 1 Comparison of continuous and batch production products

由表1可知，在同样的配方前提下，连续化生产的产品，性能趋于稳定，拉伸强度、伸长率都优于间歇式生产产品，模量（100%）和挤出性能相比于间歇生产的产品都有所提升。

2.2 连续化和间歇式生产运行对比

连续生产一定程度上突破了间歇生产在传质和传热方面的局限性，具有很多间歇反应无法比拟的优势：连续生产容易实现自动化控制，产品的质量和产量稳定；间歇生产难以实现自动控制且费用昂贵[10]。连续生产能够缩短反应时间，提高生产效率；而间歇生产需要花费时间调整温度和压力、投料、准备下一批投料等。连续生产物料流动有利于反应热及时导出，而且反应物的含量较低，有效防止副反应；连续操作能够实现节能。

连续生产也具有一定的缺陷：连续生产技术开发比间歇生产要难的多，对于小规模生产性价比不高；间歇生产开工、停工比连续生产容易，在产量大小和产品更改上也更有灵活性；受某些原料或者产物的物理性质等因素，难以进行连续操作。

连续化生产和间歇式生产的某些比较见表2。

表2 连续化和间歇式生产比较Tab 2 Comparison of continuous and batch production

2.3 连续化生产运行控制要点

中性透明硅酮密封胶使用的填料采用气相白炭黑，原料要求水分含量越低越好，一般不能高于质量分数0.05%。采用疏水性气相白炭黑，外观和性能都能满足需求，但是成本较高，大多都采用亲水性气相白炭黑，水分含量达不到指标，很容易吸水，使用过程都必须进行脱水干燥处理。在工业化生产设备上增加加热、搅拌的干燥釜对气相白炭黑进行预处理。增塑剂、交联剂在使用过程前都进行抽真空搅拌方式，除去其内部游离水。

一定的真空度。物料在挤出塑化过程中，往往夹带空气、吸附的水分以及在成型温度下所产生的挥发物。这些混合气体夹杂在物料中，如不及时排出，则会影响塑料制品的质量，使制品的表面和内部会出现孔隙、气泡和疤痕等现象。利用螺杆的强效剪切啮合在螺杆口上方加入真空系统，可以有效的将低挥发性气体从物料里排出，从而保证制品的质量。真空度一般可控制在-90 kPa以上。

稳定的压力。输送泵的频率依靠高速分散机后面压力表调节，可以依据恒定的压力，通过变频器调节输送泵的转速。利用出口压力的稳定，使物料在内部均匀的混合输出。

3 结 论

利用高速分散机可以使物料均匀混合，并有足够的反应空间和时间。通过对双螺杆挤出机筒体进行冷却降温，在挤出过程中真空度不低于-90 kPa，可以很好地完成气体、低挥发物的去除，利于双螺杆挤出机的高速剪切控制转速在550 r/min、螺杆出口压力在1.0 MPa 的前提下混合、脱泡。物料输出后再通过冷凝器降温，最后进入密封储罐以后进行分装。

有效解决了传统间歇式搅拌方法存在的混合不均匀、搅拌时间长、升温剧烈、产能低、品质不稳定和劳动强度大等问题，实现全连续、全自动完成硅酮密封胶从原材料输入到产品分装的整个制备过程，拥有传统间歇式搅拌方法所不具备的生产效率与产品品质，显著降低了生产能耗与劳动强度，生产更加清洁环保。