婴童奶嘴用液体硅橡胶的研制

陈丽云 蒋志秋 郑元华 宋新锋 谢亚军 马 瑛

（浙江新安化工集团股份有限公司，浙江 建德 311600）

注射成型液体硅橡胶（LSR）是一种无毒无味、具有优良的耐候性和化学惰性的新型有机硅材料，是近年来发展较快的一种高档次有机硅产品之一。这类硅橡胶自身粘度低（在硫化前具有一定的流动性、不定型性）、可采用计量混合设备进料，采用专用注射成型设备将两组分混合、注模，然后快速硫化，成型制品。液体注射成型硅橡胶和传统材料比具有许多优越性：成型周期短，自动化成型程度高，硫化温度低，硫化过程无副产物、生成制品精度高、不必修边、制品使用寿命长等［1］。成为流行的合成橡胶材料和高档应用领域的替代品。

随着我国经济的快速发展和生活水平不断提高，人们对日用品安全卫生意识越来越高，对制品的透明性、机械强度、弹性、母乳实感就有了更高的要求。特别是对婴儿用品等的卫生等级要求更是日益提高，对所选用的材料卫生等级要求也相应提高。而加成型液体硅橡胶安全无毒、性能优良，刚好适合人们的使用要求，成为该市场中最流行的一类产品。液体硅橡胶材料以其优异的化学惰性和高卫生等级特点而成为首先材料。

本文主要针对婴儿奶嘴用硅橡胶材料的制备及各组分进行讨论，根据实验结果制备了奶嘴用注射成型液体硅橡胶，并经客户使用检测达到要求。

1 实验

1.1 主要原料及设备

D4：优等品，浙江新安化工集团股份有限公司；乙烯基双封头：含量≥99％，衢州瑞力杰化工有限公司；四甲基氢氧化铵：试剂级，北京朝福化工实验厂；交联剂：含氢硅油，自制；氯铂酸：分析纯，上海久岳化工有限公司；白炭黑：进口；硅氮烷：含量≥99％，浙江新安化工集团股份有限公司。

旋转粘度计：NDJ-4，上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂；真空捏合机：NH-5，如皋强盛化工机械厂；三辊研磨机：S65，如皋机械厂；行星搅拌机：XJ-5，无锡科越化工机械厂；拉力试验机：XL-250A，广州试验仪器厂；橡胶硬度计：LX-A，上海六菱仪器厂；厚度计：HD-10，上海化工机械四厂；橡胶硫化仪：RAP8000，高铁仪器公司。

1.2 胶料的制备

1.2.1 基础胶的合成

基础胶是双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷或聚甲基乙烯基硅氧烷。由八甲基环四硅氧烷（D4）和甲基乙烯基环四硅氧烷出发，经过脱水、聚合、破媒、减压脱除低分子物，制得基础聚合物乙烯基硅油。通过改变原料配比可得到乙烯基含量和粘度不同的基础胶。

1.2.2 白炭黑的优选与处理

以气相法白炭黑作硅橡胶的补强填料。用六甲基二硅氮烷对优选的白炭黑进行疏水处理，通过混炼配胶和硫化测试性能，比较优选增稠作用小而补强效果好的处理白炭黑作补强填料。

1.2.3 交联剂的合成［2］

以高含氢硅油、MM、含氢双封头、D4、D4H为原料，以酸性催化剂催化调聚，然后除酸，脱除低分子物，制得用作交联剂的含氢硅油。根据配方的不同，合成不同分子量、不同氢含量、不同封端结构的交联剂。

1.2.4 胶料的制备［3］

按比例将基础胶乙烯基硅油、处理剂六甲基二硅氮烷加入真空捏合机中混合均匀，再加入白炭黑，捏合成膏状物；升温密闭捏合，然后真空保温捏合；降温得到膏状物备用。将得到的膏状物分成两等份，一份加入铂催化剂混合均匀，排泡、过滤、包装得到A组分，另一份加入交联剂等混合均匀，排泡、过滤、包装得到B组分。

1.3 硫化制片与性能测试

1.3.1 样片的制备

本文在进行测试时将A、B两组分按等重量比例混合均匀，真空脱除气泡注入金属模具中，采用模压加热硫化，制得用于机械性能测试的样片。

1.3.2 性能测试

硫化硅橡胶的各项机械性能，按下列相关标准测试：胶料粘度按GB/T 10247-1988测定；拉伸强度和伸长率按GB/T 528-1998测定；撕裂强度按GB/T 529-1999测定；邵A硬度按GB/T 531-1999测定；硫化时间按GB/T 16584测定；压缩永久变形按GB/T 7759-1996测定。

1.3.3 注射成型实验

在双组分液体硅橡胶专用注射机上实验或客户注射成型生产线上实验。

2 结果与讨论

2.1 基础胶对液体硅橡胶性能的影响

婴儿奶嘴用注射成型液体硅橡胶要求较高的力学强度，特别是高撕裂强度和高伸长率，便于制品出膜和经久耐用。基础胶的粘度和乙烯基含量对强度和硬度都有明显影响［2］。按照要求，制品硬度为邵氏40，根据实验测试及配方优化，基础胶乙烯基硅油的粘度以（20～35）×103mPa s为宜。

2.2 气相白炭黑用量对液体硅橡胶性能的影响

由表1可以看出：随气相白炭黑用量的增加，硅橡胶基料的硬度不断升高，但硅橡胶的物理力学性能是上升趋势。制备婴童奶嘴用液体硅橡胶白炭黑的填料份量是20～30份为宜。

表1 气相白炭黑用量对液体硅橡胶性能的影响

2.3 交联剂硅橡胶性能的影响

液体硅橡胶硫化交联剂含氢量、分子量及用量大小都对制品性能产生较大影响［2］。本文重点讨论不同封端的交联剂对制品硫化的影响。根据本文1.2.3的制备方法可以得到三甲基硅基封端（M型）和二甲基硅基封端（H型）两种类型的交联剂。实验发现两种交联剂对硫化产生不同影响。表2是两种交联剂硫化的测试结果。

表2 不同交联剂对硫化的影响

表2的数据显示，两种类型的交联剂在一次硫化时反应进行程度是不同的。相比较，H型的反应起步稍快，并且二段硫化硬度上升小，说明硫化进行的更彻底。这可能是氢封端的交联剂的空间位阻小些、反应活性高，同等条件下反应更彻底。

2.4 硫化速度的调控［2］

液体注射成型硅橡胶要在使用时，首先是经过静态混合器将两个组分充分混合但不夹带气泡，然后注射进入高温模具中硫化成型。为了保证胶料在混合后进入模具前不硫化而在进入模具后又能快速硫化，就要加入抑制剂达到效果。通过对抑制剂的硫化实验测试硫化速度和硫化曲线，采用单一一种抑制剂不能达到比较理想的效果。本文通过测试对比硫化曲线，选择采用两种抑制剂共同使用。

根据实验结果，催化剂用量为5mg/kg（纯铂相对于胶料总重），采用两种抑制剂混合使用，在23℃温度下可放置5d以上，在150℃硫化时间35min以内（以Tc 90为完全硫化时间）。在硅胶专用注射成型机上使用，成型过程顺利，成型奶瓶制品合格。图1为根据实验结果优选定型配方硫化曲线图。

图1 液体硅橡胶硫化曲线图

2.5 安全卫生要求控制与测试［4］

本文研究制备的硅橡胶主要用于婴儿奶嘴制造等橡胶材料，对材料的卫生安全要求特别高，也是用户特别关注的一个指标之一。液体硅橡胶本身无毒副作用，在生产成型及使用过程中也不产生有害物质，因而是安全可靠的。但加工过程中如果掺入有害物质则会产生副作用。本文在研究过程中从原材料选用、加工过程、工艺设备材质全程控制，不让有害物质掺入体系中。

对制备的基础胶乙烯基硅油、交联剂都进行微量元素测定符合要求，并对最后成型硅橡胶材料按FDA标准要求送检，符合美国FDA标准。经检测，也不含亚硝胺等有害物质。

2.6 开发的产品XHG6120-40与国内外同类产品的比较

由表3可知，产品XHG 6120-40性能优于国内样品水平，接近国外品牌产品水平，性能指标完全可以满足国内客户需求。

表3 为国内外婴童制品用液体硅橡胶的机械性能的测试对比

3 结论

基础胶、白炭黑品质、交联剂等对液体硅橡胶的性能和制品外观及制品成型过程等有较大影响，通过选择合适的基础聚合物、选用合适的白炭黑及用量、添加一定量的交联剂可以配制得到高性能、加工过程良好的液体硅橡胶。

根据测试力学性能达到以下指标：拉伸强度9.2MPa；撕裂强度30.5kN/m；伸长率720％；硬度40。制备得到的硅橡胶材料送检达到FDA标准要求，无有害物质；上机成型过程顺利，制品达到客户要求。根据研究结果制备得到的注射成型液体硅橡胶，可以满足婴儿奶嘴加工制造的使用要求。

［1］幸松民，王一璐.有机硅合成工艺及产品应用［M］.北京：化学工业出版社，2001：655.

［2］宋新锋，唐丽珊，等.加成型液体硅橡胶交联剂的研究［C］.年第十二界中国有机硅学术交流会论文集.2004.

［3］黄文润.液体硅橡胶［M］.四川：四川出版集团.四川科学技术出版社，2009：318.

［4］郑凤仙，陈丽云，等.食品接触级制瓶用液体硅橡胶的研制［C］.第十五届有机硅学术交流会论文集，2010.7.