王冬寒，孫玉金，李作文，畢施明

（湖北雨虹興發(fā)凌志新材料有限公司，湖北 宜昌 443007）

中性透明硅酮密封膠是以羥基封端聚二甲基硅氧烷為主要原材料，添加適量的氣相白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)，通過(guò)逐步添加交聯(lián)劑、催化劑等生產(chǎn)的一種透明膠體。中性透明硅酮密封膠以其獨(dú)特的高透明度、優(yōu)異的觸變性和高伸長(zhǎng)率等優(yōu)勢(shì)獲得了市場(chǎng)廣泛的認(rèn)可。作為室溫硫化硅橡膠的一種，在耐寒、耐熱、耐老化、防水和防潮性能等方面表現(xiàn)優(yōu)異。在一些對(duì)外觀要求高的場(chǎng)合使用極為廣泛[1]。

現(xiàn)在生產(chǎn)中性透明硅酮密封膠主要為間歇操作分步加入的方法，第1步在強(qiáng)力分散機(jī)中進(jìn)行硅酮密封膠預(yù)聚物的合成，即加入定量的107膠，硅油、白油攪拌均勻以后加入交聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)聚；第2步添加烘干脫水的氣相白炭黑做為填料，攪拌均勻進(jìn)行真空脫泡脫水；第3 步降低反應(yīng)溫度在50 ℃以下加入催化劑再真空脫泡以后密閉混合，通過(guò)分裝以后，包裝為成品。生產(chǎn)過(guò)程中加料要迅速，打開(kāi)釜蓋刮膠的次數(shù)不宜過(guò)多，解除真空時(shí)要用干燥的氮?dú)?，盡量減少預(yù)聚物觸空氣的時(shí)間，避免發(fā)生結(jié)皮和凝膠顆粒。生產(chǎn)的設(shè)備普遍采用強(qiáng)力分散機(jī)進(jìn)行混合攪拌生產(chǎn)，隨著設(shè)備的更新?lián)Q代強(qiáng)力分散機(jī)的容量也從1 000 L 不斷更新?lián)Q代到5 000 L，分散能力也不斷的進(jìn)行強(qiáng)化升級(jí)。

但是這種單批次生產(chǎn)，間歇式進(jìn)行操作，逐步加料，不可避免的使生產(chǎn)的膠不穩(wěn)定。為了生產(chǎn)的穩(wěn)定，研究采用3級(jí)混合生產(chǎn)工藝裝置連續(xù)化生產(chǎn)。采用高速分散劑搭配雙螺桿機(jī)的優(yōu)勢(shì)，以降低生產(chǎn)損耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，總結(jié)出中性透明硅酮密封膠生產(chǎn)過(guò)程中的影響控制因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及設(shè)備

α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠），黏度（25 ℃，下同）80 Pa·s；甲基硅油，黏度0.35 Pa·s；白油；氣相白炭黑，HL-150W，比表面積150 m2/g。

雙螺桿擠出機(jī)，SLG-96CX；高速分散機(jī)、旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，博勒飛DV2T-RV；拉力試驗(yàn)機(jī)，WAW-D；厚漆膩?zhàn)映矶葴y(cè)定器，QCT型；密度天平，AE型。

1.2 透明硅酮密封膠的制備

中性透明硅酮密封膠的生產(chǎn)不能一次性加入，要分步驟操作，逐步進(jìn)行。先將以質(zhì)量計(jì)的65份107硅橡膠、10份甲基硅油、10份白油、5份交聯(lián)劑進(jìn)行攪拌反應(yīng)，預(yù)交聯(lián)完成以后加入10 份氣相白炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑混合，最后加入0.6 份催化劑。然后脫出低揮發(fā)性物質(zhì)、水分和氣泡，制得成品均勻擠出。生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 中性透明硅酮密封膠生產(chǎn)工藝流程Fig 1 Production process diagram of neutral transparent silicone sealant

首先在1#高速分散機(jī)將107基膠、增塑劑和交聯(lián)劑混合，形成預(yù)混合交聯(lián)體系，通過(guò)后端泵輸送，在1#冷卻器降溫以后，進(jìn)入2#高速分散機(jī)，在里面加入氣相白炭黑進(jìn)行高速混合，再通過(guò)后端泵輸出，進(jìn)過(guò)2#冷卻器降溫進(jìn)入3#高速分散機(jī)，加入催化劑體系，高速分散以后進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)將物料剪切、嚙合、向前輸送，物料內(nèi)部產(chǎn)生的氣體和低揮發(fā)性分子，在雙螺桿擠出機(jī)上方的真空口被排出，在螺桿擠出機(jī)出口對(duì)中性透明硅酮密封膠取樣檢測(cè)，產(chǎn)品合格以后進(jìn)入膠進(jìn)入密封罐分裝成品。不合格的重新進(jìn)入回收料缸，返回螺桿進(jìn)行回收處置。

1.3 性能測(cè)試及表征

拉伸強(qiáng)度：按GB/T 13477.8-2002 工字件拉伸測(cè)試法[2]；密度：按GB/T 1033-86天平測(cè)定法[3]；硬度，按GB/T 531-1999硬度測(cè)試法[4]；稠度，按GB/T 1749-1979 膩?zhàn)映矶葍x測(cè)定法[5]；黏度：按GB/T 10247-2008 黏度測(cè)定法[6]；簡(jiǎn)易粘接：按GB 16776-2005 附錄D 粘接測(cè)試法[7]；表干時(shí)間，按GB/T 13477.5 - 2002[8]；擠 出 性，按GB/T 13477.3-2002[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 連續(xù)化和間歇式生產(chǎn)特性對(duì)比

中性透明硅酮密封膠的連續(xù)化生產(chǎn)要求嚴(yán)苛，既要能保證物料在系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間短，又要保證在物料分布混合均勻，反應(yīng)完全。同時(shí)要消除反應(yīng)過(guò)程中物料變化的影響，以及熱量的排除，從而達(dá)到質(zhì)量穩(wěn)定。關(guān)鍵控制因素有物料性能、生產(chǎn)的穩(wěn)定、真空脫低和溫度的控制等。結(jié)果見(jiàn)表1，其中樣品1#為連續(xù)化生產(chǎn)制得，樣品2#為間歇生產(chǎn)制得。

表1 連續(xù)化和間歇式生產(chǎn)產(chǎn)品對(duì)比Tab 1 Comparison of continuous and batch production products

由表1可知，在同樣的配方前提下，連續(xù)化生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能趨于穩(wěn)定，拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率都優(yōu)于間歇式生產(chǎn)產(chǎn)品，模量（100%）和擠出性能相比于間歇生產(chǎn)的產(chǎn)品都有所提升。

2.2 連續(xù)化和間歇式生產(chǎn)運(yùn)行對(duì)比

連續(xù)生產(chǎn)一定程度上突破了間歇生產(chǎn)在傳質(zhì)和傳熱方面的局限性，具有很多間歇反應(yīng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)：連續(xù)生產(chǎn)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量穩(wěn)定；間歇生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制且費(fèi)用昂貴[10]。連續(xù)生產(chǎn)能夠縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；而間歇生產(chǎn)需要花費(fèi)時(shí)間調(diào)整溫度和壓力、投料、準(zhǔn)備下一批投料等。連續(xù)生產(chǎn)物料流動(dòng)有利于反應(yīng)熱及時(shí)導(dǎo)出，而且反應(yīng)物的含量較低，有效防止副反應(yīng)；連續(xù)操作能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。

連續(xù)生產(chǎn)也具有一定的缺陷：連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)比間歇生產(chǎn)要難的多，對(duì)于小規(guī)模生產(chǎn)性價(jià)比不高；間歇生產(chǎn)開(kāi)工、停工比連續(xù)生產(chǎn)容易，在產(chǎn)量大小和產(chǎn)品更改上也更有靈活性；受某些原料或者產(chǎn)物的物理性質(zhì)等因素，難以進(jìn)行連續(xù)操作。

連續(xù)化生產(chǎn)和間歇式生產(chǎn)的某些比較見(jiàn)表2。

表2 連續(xù)化和間歇式生產(chǎn)比較Tab 2 Comparison of continuous and batch production

2.3 連續(xù)化生產(chǎn)運(yùn)行控制要點(diǎn)

中性透明硅酮密封膠使用的填料采用氣相白炭黑，原料要求水分含量越低越好，一般不能高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%。采用疏水性氣相白炭黑，外觀和性能都能滿足需求，但是成本較高，大多都采用親水性氣相白炭黑，水分含量達(dá)不到指標(biāo)，很容易吸水，使用過(guò)程都必須進(jìn)行脫水干燥處理。在工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備上增加加熱、攪拌的干燥釜對(duì)氣相白炭黑進(jìn)行預(yù)處理。增塑劑、交聯(lián)劑在使用過(guò)程前都進(jìn)行抽真空攪拌方式，除去其內(nèi)部游離水。

一定的真空度。物料在擠出塑化過(guò)程中，往往夾帶空氣、吸附的水分以及在成型溫度下所產(chǎn)生的揮發(fā)物。這些混合氣體夾雜在物料中，如不及時(shí)排出，則會(huì)影響塑料制品的質(zhì)量，使制品的表面和內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)孔隙、氣泡和疤痕等現(xiàn)象。利用螺桿的強(qiáng)效剪切嚙合在螺桿口上方加入真空系統(tǒng)，可以有效的將低揮發(fā)性氣體從物料里排出，從而保證制品的質(zhì)量。真空度一般可控制在-90 kPa以上。

穩(wěn)定的壓力。輸送泵的頻率依靠高速分散機(jī)后面壓力表調(diào)節(jié)，可以依據(jù)恒定的壓力，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)輸送泵的轉(zhuǎn)速。利用出口壓力的穩(wěn)定，使物料在內(nèi)部均勻的混合輸出。

3 結(jié) 論

利用高速分散機(jī)可以使物料均勻混合，并有足夠的反應(yīng)空間和時(shí)間。通過(guò)對(duì)雙螺桿擠出機(jī)筒體進(jìn)行冷卻降溫，在擠出過(guò)程中真空度不低于-90 kPa，可以很好地完成氣體、低揮發(fā)物的去除，利于雙螺桿擠出機(jī)的高速剪切控制轉(zhuǎn)速在550 r/min、螺桿出口壓力在1.0 MPa 的前提下混合、脫泡。物料輸出后再通過(guò)冷凝器降溫，最后進(jìn)入密封儲(chǔ)罐以后進(jìn)行分裝。

有效解決了傳統(tǒng)間歇式攪拌方法存在的混合不均勻、攪拌時(shí)間長(zhǎng)、升溫劇烈、產(chǎn)能低、品質(zhì)不穩(wěn)定和勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)全連續(xù)、全自動(dòng)完成硅酮密封膠從原材料輸入到產(chǎn)品分裝的整個(gè)制備過(guò)程，擁有傳統(tǒng)間歇式攪拌方法所不具備的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)，顯著降低了生產(chǎn)能耗與勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)更加清潔環(huán)保。