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一种高效铂金催化剂及其制备方法与应用

文献发布时间：2024-04-18 19:57:31

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种高效铂金催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

硅橡胶由乙烯基封端聚二甲基硅氧烷与聚甲基氢硅氧烷在Karstedt催化剂的作用下交联固化成型，通常的阻燃硅橡胶需要向基体中添加大量的无机填料来提升其阻燃性，如中国专利公开文本CN115491038A中添加的玻璃粉、二氧化钛等都会极大的影响硅橡胶本身的透明性，这限制了其在一些高端领域中的应用。

未添加无机填料的硅橡胶在高温下形成的衍生物陶瓷较为松散，并且陶瓷转化率较低。这是因为Karstedt催化剂虽然对硅氢加成的催化效率极高，但是其热稳定性较差，在高温下Karstedt中的Pt逐渐溶出形成黄色的Pt胶体，最后烧结形成催化效率较低的Pt黑纳米颗粒。针对这个问题，前人的研究中往往采用强配体对Karstedt催化剂进行改性从而提升其在高温下的催化活性。然而，强配体为Pt催化剂提供热稳定性的同时也会极大的恶化其硅氢加成速率。因此，上述研究均需要采用在高温高压下才能进行的双固化体系实现，而这一较复杂的固化条件又限制了铂金催化剂在涂层方面的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高效铂金催化剂的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的高效铂金催化剂。

本发明再一目的在于提供上述高效铂金催化剂在制备阻燃硅橡胶的应用。

本发明又一目的在于提供上述阻燃硅橡胶的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述阻燃硅橡胶的在阻燃材料中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种高效铂金催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Karstedt催化剂、配体和催化剂混合搅拌，加入乙烯基封端聚二甲基硅氧烷，充分溶解，得到高效铂金催化剂。

所述配体为1,3-二甲基咪唑鎓碘化物、1,3-二甲基苯并咪唑鎓碘化物、1,3-二苯基苯并咪唑鎓碘化物中的至少一种。

所述催化剂为叔丁醇钾、甲醇钾、乙醇钠中的至少一种。

所述Karstedt催化剂、改性配体和催化剂的质量比为39:100～200:65。

所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的用量满足：使得所述改性Pt催化剂中Pt的质量浓度为1000ppm～3000ppm。

所述混合搅拌的转速为500rpm-1500rpm；搅拌时间为10～40min。

一种上述方法制备的高效铂金催化剂。

一种阻燃硅橡胶，包括以下质量份的原料：乙烯基封端聚二甲基硅氧烷80-100份、交联剂2-4份、上述的高效铂金催化剂2-10份、阻聚剂0.2-0.3份。

所述原料中交联剂为2.5-4份，优选为2.5-3.5份。

所述交联剂包括聚甲基氢硅氧烷、聚(二甲基硅氧烷)氢化物封端中的至少一种。

所述阻聚剂包括1-乙炔基环己醇、马来酸二烯丙酯中的至少一种。

所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的乙烯基质量含量为1.0～1.5％；按质量百分比，交联剂含氢量为0.97～1.03％。

上述阻燃硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、交联剂与阻聚剂混合，再加入改性Pt催化剂，搅拌，真空脱泡后得到硅橡胶预聚体；

(2)将步骤(1)得到的有机硅预聚合体加入到矩形摸具中，静置，固化，得到无填料阻燃硅橡胶。

步骤(1)所述搅拌速度为500rpm-1500rpm，搅拌时间为10～40min。

步骤(2)所述静置为置于通风处中静置过夜。

步骤(2)所述固化为置于80℃～130℃下固化10～40min。

上述阻燃硅橡胶在阻燃材料中的应用。

本发明的机理：

本发明通过配体改性Pt催化剂的方法，在Karstedt催化剂中引入强配体基团对Pt单原子催化剂的稳定作用来降低Pt催化剂对温度的敏感性，开发出了一种新型的通过配体改性的铂金催化剂制备得到的硅橡胶具有ul94V-0级别阻燃性能的高透明，为新型催化剂的研发提供了理论依据和新的解决方法，为加快推进阻燃硅橡胶的推广和应用提供了技术参数和参考依据。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明提供一种新型的硅橡胶用改性铂金催化剂，通过氮杂卡宾环与Pt的配体增强了Pt在高温下的抗烧结性能，从而提高铂金催化剂为硅橡胶带来的阻燃性能。

(2)与采用N等强配体改性进行改性的Pt催化剂不同，本发明中采用氮杂卡宾环改性的Pt催化剂可以在提升Pt抗烧结能力，同时不至对其硅氢加成活性造成太大的影响。因此采用本发明铂金催化剂制备的硅橡胶，仍具有优秀的机械性能。

(3)采用配体改性提升铂金催化剂对硅橡胶阻燃性能的提升无需向硅橡胶中添加额外的无机阻燃填料，因此其具有极佳的透明性，这拓展了其在工艺品、遗迹保护、高端家具中的应用。

(4)本发明开发的硅橡胶用改性铂金催化剂，其制备工艺十分简单，组分较少，工艺实用性强，可应用于更多场景之中。

附图说明

图1为本发明实施例1与对比例1-2所得催化剂的催化活性比较。

图2为本发明实施例1与对比例1所得硅橡胶的热稳定性比较。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。

本发明实施例中，乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(乙烯基含量1.15wt％，中科院广州化学有限公司)、交联剂(聚甲基氢硅氧烷，氢化物含量，1wt％，中科院广州化学有限公司)、Karstedt催化剂(Pt：19wt％，中科院广州化学有限公司)、配体(1,3-二甲基咪唑鎓碘化物，含量≥99wt％，阿拉丁有限公司)、阻聚剂(1-乙炔基环乙醇，纯度≥99wt％，阿拉丁有限公司)。

对比例1

(1)铂催化剂制备：取Karstedt催化剂母液39mg，之后加入乙烯基封端聚二甲基硅氧烷溶剂，得到溶液中Pt的质量浓度为1000ppm的Pt催化剂。

(2)硅橡胶预聚体制备：将步骤(1)得到的Pt催化剂0.2g加入到10g乙烯基封端聚二甲基硅氧烷与0.25g聚甲基氢硅氧烷以及0.03g阻聚剂的混合液中，室温下磁搅拌40min，所述搅拌速度为1500rpm，真空脱泡后得到硅橡胶预聚体。