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稀土在硅橡胶中的应用
2022年05月24日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:111
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现在很多领域都倾向于添加稀土提高材料的综合性能,稀土在硅橡胶中的应用是一个新领域,利用稀土元素独特的电子层结构及易形成配合物的特点,可以制备多种稀土功能助剂,不仅可以改善硅橡胶的机械性能、提升其耐热性及阻燃性,还在赋予其新功能方面有显著的功效,所制备的硅橡胶复合材料结合了硅橡胶和其它材料的优点,具有优异的热稳定性、安全性及环保性,被广泛应用于国防、交通、医疗等领域。

硅橡胶

用途广泛的硅橡胶

那么,稀土在硅橡胶中都有哪些典型的用途呢?

一、提高阻燃性

硅橡胶因其优异的绝缘性和疏水性,被广泛应用于电力行业。通常将阻燃剂添加到硅橡胶中以提高其阻燃性能,但一般的卤系阻燃剂在燃烧时会产生大量有毒烟雾,对环境造成严重污染,因此现已越来越多使用绿色、无毒、环保,且能保持材料良好的机械性能的稀土阻燃剂来提高硅橡胶的阻燃性。

添加稀土氧化物不仅减少了无机阻燃剂的用量,还提高了复合材料的残碳率,显著地提高了其热稳定性。例如氧化铈对含氢氧化镁的硅橡胶有较优的协效阻燃作用;在复合材料中继续添加少量的有机改性蒙脱土,可明显降低复合材料的热释放速率和烟密度,并使机械性能得到大幅增强。

阻燃厚壁硅胶热缩管

阻燃厚壁硅胶热缩管

二、提高耐热性

过渡金属化合物能与硅橡胶网络结构发生作用,进而提升其热稳定性。添加过渡金属化合物和稀土氧化物,例如Fe2O3和二氧化钛(TiO2 )能有效提高硅橡胶的耐热性能;添加氧化铈可显著提高老化过程中的再交联度,减少摩擦表面的孔数,使硅橡胶具有更好的机械性能、摩擦性能以及抗热氧老化性能,纳米氧化铈作为耐热添加剂,在浅色硅橡胶的制备中起着举足轻重的作用。

硅橡胶密封圈

耐高温硅橡胶密封圈

三、提高荧光性

稀土离子与有机配体配合后产生的荧光,结合了稀土离子的发光强度高以及有机化合物激发能量低等优点。因此,将稀土化合物加入硅橡胶中可使其具备特殊的荧光性能,有广泛的应用前景。

例如用铕-十一烯酸配合物和含氢硅油制得稀土硅橡胶复合材料,其最强发射波长是铕离子的特征发射,该材料可将紫外光转换为红光,体现了铕离子的特征光转换能;并且随着铕离子浓度的增大并没有发生荧光猝灭现象。

荧光硅橡胶手环

荧光硅橡胶手环

四、增强机械性能

在加工或使用中受各种因素的影响,硅橡胶会出现变色、变硬、变脆等现象,致使其许多潜在的应用受阻。提高硅橡胶机械强度的一个有效方法是加入无机填料,例如炭黑、白炭黑等。其中,白炭黑由于比表面积大,表面含有大量的硅羟基而易于改性,在硅橡胶补强中得到广泛应用。稀土改性剂对硅橡胶也具有较优的补强效果,例如当添加0. 02%的纳米氧化铈时,显著地提升了复合材料的机械性能,且透光率可达85%以上,这大大提升了用于封装发光二极管的硅橡胶的封装优越性。

硅胶胶水

用于发光二极管封装的透明硅胶胶水

五、增强耐辐照性

传统耐辐照硅橡胶复合材料均含有铅或苯基等物质,成本高、耐辐照性能有限、污染环境。稀土化合物作为硅橡胶的耐辐照添加剂,具有绿色、环保、高效等优点。例如氧化钇、氧化铈、氧化钆等,无论是单独使用稀土氧化物,还是将稀土氧化物共混,或者是将稀土氧化物与传统耐辐照添加剂复配使用,都能提高材料的耐辐照性。

防辐射橡胶板

防辐射橡胶板

六、增强抗菌性

无机抗菌材料具有抗菌范围广、持久、安全且无二次污染等特点,因此得到了广泛的应用。稀土可以提高无机抗菌材料的抗菌性,例如以硅胶为载体,锌离子和稀土钇离子复配,制得锌-钇抗菌硅胶,对大肠杆菌的杀菌率高于84%,只需在硅橡胶中少量添加,就能制得拥有抗菌性的复合硅橡胶,并且还保留了自身优良的性质。

抗菌硅胶牙套

抗菌硅胶牙套

小结

稀土元素被称为21世纪的战略元素、新材料的“宝库”。利用稀土化合物制备的新型多功能助剂在改善硅橡胶的综合性能及赋予其新功能等方面均有显著的功效,且因其高效、环保等特点解决了现有助剂效率低、污染环境等问题。而当前稀土功能助剂多以稀土无机化合物为主,利用稀土元素易形成配合物的特点,开发多样性的稀土有机功能助剂将成为今后研究热点。稀土功能助剂的出现拓展了高分子材料助剂的应用范围,拥有巨大的市场潜力。


参考来源:

稀土在硅橡胶中的应用,戴宇飞、曹鸿璋、许延辉、于晓丽、韩德全、田虎虎、郭立影(包头稀土研究院、白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室、内蒙古大学化学化工学院);

新型硅橡胶的制备与性能研究,刁屾(山东大学)。


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