环状含硅氢键交联剂、含其密封胶组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及光伏电感器密封材料的技术领域，具体涉及一种环状含硅氢键交联剂、含其密封胶组合物及其制备方法。

背景技术

光伏作为一种高效的新型能源，近年来发展迅猛。逆变器是光伏设备的核心部件，而电感器又是逆变器里的重要组成部分，在日常工作时，大功率电感器温度可高达160摄氏度，电感器脚部位置常常设计有金属散热器，为了更好地让热量散发出去，电感器组装采用倒装的方式，在此基础上进一步使电感器达到防震及防水的要求，就需要在电感器上装配密封胶条。传统的密封方式是使用已注塑成型的硅胶密封圈，在密封圈上贴3M双面胶带，然后粘贴在电感器上，这种施工工艺繁琐，若电感器上有油污时常常出现脱粘现象，返工率高，严重影响生产效率。现阶段通常采用以含氢硅油作为交联剂的密封胶，而含氢硅油属于线性体交联剂，其固化后的物理机械强度相对较差，且需额外添加大量增粘剂，固化效果和力学强度较差。因此，开发电感器用粘接密封胶至关重要。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明公开了一种环状含硅氢键交联剂、含其密封胶组合物及其制备方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种环状含硅氢键交联剂，其原料组成按质量份数计包括：200份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、100～120份含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷、1～5份氧化石墨烯、0.02～0.04份第一铂金催化剂和0.008～0.02份甲基丁炔醇。

上述的环状含硅氢键交联剂，其中所述氧化石墨烯的纯度大于或等于90％，厚度为0.3～1nm，氧含量大于45％。

一种环状含硅氢键交联剂的制备方法，其用于制备上述的环状含硅氢键交联剂；

其制备方法包括以下步骤：

步骤1，取γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷和氧化石墨烯，控制温度为25±2℃，以200～220转/分钟的搅拌速度，边搅拌边滴加第一铂金催化剂，保温搅拌5～10分钟，得到第一反应物；

步骤2，保持200～220转/分钟的搅拌速度，将所述第一反应物升温至80±2℃，保温反应120±10分钟，得到第二反应物；

步骤3，将所述第二反应物降温至25±2℃，在持续搅拌的状态下，加入甲基丁炔醇并混合均匀，获得环状含硅氢键交联剂。

一种电感器用粘接性密封胶组合物，其原料组成按质量份数计包括：100份端乙烯基聚二甲基硅氧烷、10～25份气相二氧化硅、0.01～0.05份抑制剂、3～6份环状含硅氢键交联剂和0.8份的第二铂金催化剂。

上述的电感器用粘接性密封胶组合物，其中所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度为350～5000mPa·s，且二甲基硅氧烷环体D3～D10含量小于300ppm。

上述的电感器用粘接性密封胶组合物，其中所述气相二氧化硅为疏水性气相白炭黑，且其比表面积为180～200m

上述的电感器用粘接性密封胶组合物，其中所述环状含硅氢键交联剂的粘度为5～35mPa·s，含氢量为0.1wt％～0.8wt％。

一种电感器用粘接性密封胶组合物的制备方法，其特征在于，其制备方法用于制备上述的电感器用粘接性密封胶组合物；

其制备方法包括以下步骤：

步骤I，取端乙烯基聚二甲基硅氧烷和气相二氧化硅，于第一搅拌条件下，开始升温，得到反应物A；

步骤II，将所述反应物A于第二搅拌条件下，升温至120～130℃，开始真空脱除低分子，得到反应物B；

步骤III，将所述反应物B冷却降温至5±2℃，加入环状含硅氢键交联剂和抑制剂，于第三搅拌条件下，真空反应得到反应物C；

步骤IV，向所述反应物C中加入第二铂金催化剂，于第四搅拌条件下，真空反应制得电感器用粘接性密封胶组合物。

上述的电感器用粘接性密封胶组合物的制备方法，其中所述第一搅拌条件为：公转以40～50转/分钟、分散盘以500～600转/分钟的转速搅拌，搅拌时间为60～70分钟；

所述第二搅拌条件为：公转以40～50转/分钟、分散盘以500～600转/分钟的转速搅拌，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，搅拌时间为90～100分钟。

上述的电感器用粘接性密封胶组合物的制备方法，其中所述第三搅拌条件为：公转以30～35转/分钟、分散盘以200～300转/分钟的转速搅拌，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，搅拌时间为10～20分钟；

所述第四搅拌条件为：公转以30～35转/分钟、分散盘以200～300转/分钟的转速搅拌，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，搅拌时间为10～20分钟。

本发明的有益效果包括以下几点：

(1)所述环状含硅氢键交联剂的合成是通过所述四甲基环四硅氧烷的部分硅氢键与所述γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的丙烯基、所述氧化石墨烯的烯基在所述第一铂金催化剂的作用下发生硅氢加成反应，以使在所述四甲基环四硅氧烷的硅氢基位置，接入三甲氧基基团、及含大量含氧官能团(主要为羟基、环氧基、羧基和羰基)的氧化石墨烯结构，构成所述环状含硅氢键交联剂的粘接性基团，这些活性基团可以与电感器的铝壳形成紧密牢固的粘接作用，特别是在中高温条件下，可快速有效地建立粘接效果；

(2)所述四甲基环四硅氧烷上还保留有活泼硅氢键，以用于后期在制备粘接性密封胶组合物的过程中，在所述第二铂金催化剂的作用下，与所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷发生交联作用，固化成弹性体，且环状结构的所述环状含硅氢键交联剂固化后的物理机械强度比传统线性体交联剂固化后的物理机械强度大幅提升，正好满足倒装工艺的电感器对密封胶高物理机械强度的要求；

(3)所述环状含硅氢键交联剂，既含有其大量的粘接性甲氧基基团、羟基、环氧基、竣基等极性基团，对电感器的铝壳更容易起粘接作用，又含有可参与端乙烯基聚二甲基硅氧烷反应的硅氢键，还具有环状结构，对胶体的物理机械性能的增强效果具有协同作用，区别于传统的只含有硅氢键的含氢硅油，无须另外添加增粘剂，中温快速固化即可形成高强度且与电感铝壳紧密相连的弹性体；

(4)所述电感器用粘接性密封胶组合物为单组分密封胶，施工方便，点胶后在中温固化20分钟即可在电感器上固化成性能优异的密封胶，生产高效，成本低下，是传统密封圈装配方式无法比拟的；

(5)所述电感器用粘接性密封胶组合物利用所述环状含硅氢键交联剂，赋予胶体与电感器铝壳之间优异的粘接性，于120℃下固化即可形成高强度且与电感器铝壳粘接性紧密的密封圈，具有良好的密封防水性能及防震性能，实现以简单高效的方式代替传统密封圈贴3M胶带的复杂工装工艺，特别适合光伏逆变器的快速施工密封要求，效果显著，有效地解决了光伏电感器密封圈工装难题。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，而非对本发明进行限制。

本发明提供的一种环状含硅氢键交联剂，其原料组成按质量份数计包括：200份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、100～120份含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷、1～5份氧化石墨烯、0.02～0.04份第一铂金催化剂和0.008～0.02份甲基丁炔醇。

较佳地，所述氧化石墨烯的纯度大于或等于90％，厚度为0.3～1nm，氧含量大于45％；所述氧化石墨烯具有较高的纯度可以避免其它杂质对反应带来过多的干扰，较高的氧含量保证其含有较多氧活性基团，利于基团反应的进行，1nm以下厚度的所述氧化石墨烯对所述环状含硅氢键交联剂具有更优异的粘接及补强协同作用。

所述环状含硅氢键交联剂的制备方法包括以下步骤：

步骤1，取γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷和氧化石墨烯，控制温度为25±2℃，以200～220转/分钟的搅拌速度，边搅拌边滴加第一铂金催化剂，保温搅拌5～10分钟，得到第一反应物；其中，搅拌速度为200～220转/分钟；

步骤2，保持200～220转/分钟的搅拌速度，将所述第一反应物升温至80±2℃，保温反应120±10分钟，得到第二反应物；其中，搅拌速度为200～220转/分钟；

步骤3，将所述第二反应物降温至25±2℃，在持续搅拌的状态下，加入甲基丁炔醇并混合均匀，获得环状含硅氢键交联剂。

具体地，所述环状含硅氢键交联剂的合成是通过所述四甲基环四硅氧烷的部分硅氢键与所述γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的丙烯基、所述氧化石墨烯的烯基在所述第一铂金催化剂的作用下发生硅氢加成反应，以使在所述四甲基环四硅氧烷的硅氢基位置，接入三甲氧基基团、及含大量含氧官能团(主要为羟基、环氧基、羧基和羰基)的氧化石墨烯结构，构成所述环状含硅氢键交联剂的粘接性基团，这些活性基团可以与电感器的铝壳形成紧密牢固的粘接作用，特别是在中高温条件下，可快速有效地建立粘接效果。

同时，所述四甲基环四硅氧烷上还保留有活泼硅氢键，以用于后期在制备粘接性密封胶组合物的过程中，在所述第二铂金催化剂的作用下，与所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷发生交联作用，固化成弹性体，且环状结构的所述环状含硅氢键交联剂固化后的物理机械强度比传统线性体交联剂固化后的物理机械强度大幅提升，正好满足倒装工艺的电感器对密封胶高物理机械强度的要求。

此外，所述环状含硅氢键交联剂，既含有其大量的粘接性甲氧基基团、羟基、环氧基、竣基等极性基团，对电感器的铝壳更容易起粘接作用，又含有可参与端乙烯基聚二甲基硅氧烷反应的硅氢键，还具有环状结构，对胶体的物理机械性能的增强效果具有协同作用，区别于传统的只含有硅氢键的含氢硅油，无须另外添加增粘剂，中温快速固化即可形成高强度且与电感铝壳紧密相连的弹性体。

本发明还公开一种电感器用粘接性密封胶组合物，其原料组成按质量份数计包括：100份端乙烯基聚二甲基硅氧烷、10～25份气相二氧化硅、0.01～0.05份抑制剂、3～6份环状含硅氢键交联剂和0.8份的第二铂金催化剂。

具体地，所述第一铂金催化剂和第二铂金催化剂均为卡斯特铂金催化剂。

较佳地，所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度为350～5000mPa·s，且二甲基硅氧烷环体D3～D10含量小于300ppm，可有效避免逆变器电感在高温运行时D3～D10挥发及迁移至电路中焊接触点处引起电性能不良。

较佳地，所述气相二氧化硅为疏水性气相白炭黑，且其比表面积为180～200m

较佳地，所述环状含硅氢键交联剂的粘度为5～35mPa·s，含氢量为0.1wt％～0.8wt％；

具体地，所述抑制剂为1-乙炔基1-环已醇。

所述电感器用粘接性密封胶组合物的制备方法包括以下步骤：

步骤I，取端乙烯基聚二甲基硅氧烷和气相二氧化硅，于第一搅拌条件下，开始升温，得到反应物A；

步骤II，将所述反应物A于第二搅拌条件下，升温至120～130℃，开始真空脱除低分子，得到反应物B；

步骤III，将所述反应物B冷却降温至5±2℃，加入环状含硅氢键交联剂和抑制剂，于第三搅拌条件下，真空反应得到反应物C；

步骤IV，向所述反应物C中加入催化剂，于第四搅拌条件下，真空反应制得电感器用粘接性密封胶组合物。

较佳地，所述第一搅拌条件为：公转以40～50转/分钟、分散盘以500～600转/分钟的转速搅拌，搅拌时间为60～70分钟；

所述第二搅拌条件为：公转以40～50转/分钟、分散盘以500～600转/分钟的转速搅拌，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，搅拌时间为90～100分钟；

所述第三搅拌条件为：公转以30～35转/分钟、分散盘以200～300转/分钟的转速搅拌，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，搅拌时间为10～20分钟；

所述第四搅拌条件为：公转以30～35转/分钟、分散盘以200～300转/分钟的转速搅拌，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，搅拌时间为10～20分钟。

具体地，在使用时直接采用点胶设备，将所述电感器用粘接性密封胶组合物挤出施工在电感器铝壳的凹槽处，已点胶的电感器铝壳在传送带上10分钟通过120℃隧道炉，即可固化形成高强度且与电感器铝壳粘接性紧密的密封圈，具有良好的密封防水性能及防震性能，实现以简单高效的方式代替传统密封圈贴3M胶带的复杂工装工艺，效果显著，有效地解决了光伏电感器密封圈工装难题。

现根据本发明的制备方法详细描述如下实施例：

实施例1：本实施例公开了一种环状含硅氢键交联剂，其制备方法包括以下步骤：

步骤1，取200质量份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、100质量份含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷和1质量份氧化石墨烯加入到带有恒温功能的反应器中，控制温度为25℃，以220转/分钟的搅拌速度，边搅拌边滴加0.02质量份卡斯特铂金催化剂，保温搅拌8分钟，得到第一反应物；

步骤2，保持220转/分钟的搅拌速度，将所述第一反应物升温至80℃，保温反应120分钟，得到第二反应物；

步骤3，将所述第二反应物降温至25℃，在持续搅拌的状态下，加入0.008质量份甲基丁炔醇并混合均匀，获得环状含硅氢键交联剂。

还公开一种电感器用粘接性密封胶组合物，其制备方法包括以下步骤：

步骤I，在动力混合机中，取100质量份端乙烯基聚二甲基硅氧烷、10质量份粘度为350mPa·s的表面处理气相二氧化硅，保持公转以40转/分钟、分散盘以500转/分钟的转速搅拌，开始升温反应60分钟，得到反应物A；

步骤II，保持公转以40转/分钟、分散盘以500转/分钟的转速搅拌，将所述反应物A升温至120℃，以-0.09MPa的真空度开始真空脱除低分子90分钟，得到反应物B；

步骤III，将所述反应物B冷却降温至5℃，加入3质量份粘度为30mPa·s、含氢量为0.5wt％的环状含硅氢键交联剂和0.01质量份1-乙炔基1-环已醇抑制剂，保持公转以30转/分钟、分散盘以200转/分钟的转速搅拌2分钟，以-0.09MPa的真空度真空反应10分钟，得到反应物C；

步骤IV，向所述反应物C中加入0.8质量份卡斯特铂金催化剂，保持公转以30转/分钟、分散盘以200转/分钟的转速搅拌，以-0.09MPa的真空度真空反应10分钟，制得电感器用粘接性密封胶组合物。

实施例2：本实施例公开了一种环状含硅氢键交联剂，其制备方法包括以下步骤：

步骤1，取200质量份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、105质量份含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷和2质量份氧化石墨烯加入到带有恒温功能的反应器中，控制温度为25℃，以220转/分钟的搅拌速度，边搅拌边滴加0.025质量份卡斯特铂金催化剂，保温搅拌8分钟，得到第一反应物；

步骤2，保持220转/分钟的搅拌速度，将所述第一反应物升温至80℃，保温反应120分钟，得到第二反应物；

步骤3，将所述第二反应物降温至25℃，在持续搅拌的状态下，加入0.011质量份甲基丁炔醇并混合均匀，获得环状含硅氢键交联剂。

还公开一种电感器用粘接性密封胶组合物，其制备方法包括以下步骤：

步骤I，在动力混合机中，取100质量份端乙烯基聚二甲基硅氧烷、15质量份粘度为500mPa·s的表面处理气相二氧化硅，保持公转以40转/分钟、分散盘以500转/分钟的转速搅拌，开始升温反应60分钟，得到反应物A；

步骤II，保持公转以40转/分钟、分散盘以500转/分钟的转速搅拌，将所述反应物A升温至120℃，以-0.09MPa的真空度开始真空脱除低分子90分钟，得到反应物B；

步骤III，将所述反应物B冷却降温至5℃，加入4质量份粘度为30mPa·s、含氢量为0.4wt％的环状含硅氢键交联剂和0.03质量份1-乙炔基1-环已醇抑制剂，保持公转以30转/分钟、分散盘以200转/分钟的转速搅拌2分钟，以-0.09MPa的真空度真空反应10分钟，得到反应物C；

步骤IV，向所述反应物C中加入0.8质量份卡斯特铂金催化剂，保持公转以30转/分钟、分散盘以200转/分钟的转速搅拌，以-0.09MPa的真空度真空反应10分钟，制得电感器用粘接性密封胶组合物。

实施例3：本实施例公开了一种环状含硅氢键交联剂，其制备方法包括以下步骤：

步骤1，取200质量份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、110质量份含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷和3质量份氧化石墨烯加入到带有恒温功能的反应器中，控制温度为27℃，以220转/分钟的搅拌速度，边搅拌边滴加0.03质量份卡斯特铂金催化剂，保温搅拌5分钟，得到第一反应物；

步骤2，保持220转/分钟的搅拌速度，将所述第一反应物升温至82℃，保温反应110分钟，得到第二反应物；

步骤3，将所述第二反应物降温至23℃，在持续搅拌的状态下，加入0.017质量份甲基丁炔醇并混合均匀，获得环状含硅氢键交联剂。

还公开一种电感器用粘接性密封胶组合物，其制备方法包括以下步骤：

步骤I，在动力混合机中，取100质量份端乙烯基聚二甲基硅氧烷、20质量份粘度为1000mPa·s的表面处理气相二氧化硅，保持公转以40转/分钟、分散盘以500转/分钟的转速搅拌，开始升温反应60分钟，得到反应物A；

步骤II，保持公转以40转/分钟、分散盘以500转/分钟的转速搅拌，将所述反应物A升温至120℃，以-0.09MPa的真空度开始真空脱除低分子90分钟，得到反应物B；

步骤III，将所述反应物B冷却降温至5℃，加入5质量份粘度为25mPa·s、含氢量为0.5wt％的环状含硅氢键交联剂和0.04质量份1-乙炔基1-环已醇抑制剂，保持公转以30转/分钟、分散盘以200转/分钟的转速搅拌2分钟，以-0.09MPa的真空度真空反应10分钟，得到反应物C；

步骤IV，向所述反应物C中加入0.8质量份卡斯特铂金催化剂，保持公转以30转/分钟、分散盘以200转/分钟的转速搅拌，以-0.09MPa的真空度真空反应10分钟，制得电感器用粘接性密封胶组合物。

实施例4：本实施例公开了一种环状含硅氢键交联剂，其制备方法包括以下步骤：

步骤1，取200质量份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、120质量份含氢量为1.6％的四甲基环四硅氧烷和5质量份氧化石墨烯加入到带有恒温功能的反应器中，控制温度为27℃，以220转/分钟的搅拌速度，边搅拌边滴加0.05质量份卡斯特铂金催化剂，保温搅拌5分钟，得到第一反应物；

步骤2，保持220转/分钟的搅拌速度，将所述第一反应物升温至82℃，保温反应110分钟，得到第二反应物；

步骤3，将所述第二反应物降温至23℃，在持续搅拌的状态下，加入0.02质量份甲基丁炔醇并混合均匀，获得环状含硅氢键交联剂。

还公开一种电感器用粘接性密封胶组合物，其制备方法包括以下步骤：

步骤I，在动力混合机中，取100质量份端乙烯基聚二甲基硅氧烷、25质量份粘度为2000mPa·s的表面处理气相二氧化硅，保持公转以50转/分钟、分散盘以600转/分钟的转速搅拌，开始升温反应70分钟，得到反应物A；

步骤II，保持公转以50转/分钟、分散盘以600转/分钟的转速搅拌，将所述反应物A升温至130℃，以-0.1MPa的真空度开始真空脱除低分子90分钟，得到反应物B；

步骤III，将所述反应物B冷却降温至3℃，加入6质量份粘度为15mPa·s、含氢量为0.3wt％的环状含硅氢键交联剂和0.05质量份1-乙炔基1-环已醇抑制剂，保持公转以35转/分钟、分散盘以300转/分钟的转速搅拌2分钟，以-0.1MPa的真空度真空反应20分钟，得到反应物C；

步骤IV，向所述反应物C中加入0.8质量份卡斯特铂金催化剂，保持公转以35转/分钟、分散盘以300转/分钟的转速搅拌，以-0.1MPa的真空度真空反应20分钟，制得电感器用粘接性密封胶组合物。

对实施例1～4制得的电感器用粘接性密封胶组合物作以下性能测试：

(1)胶料注入到电感器铝壳凹槽里，于120℃下固化10分钟，撬开胶体观察胶与铝壳之间的粘接特性；

(2)把胶料涂在规格为长*宽*厚＝100(±0.25)mm*25(±0.25)mm*1.6(±0.1)mm的铝片上，涂覆长度为12.5mm±0.25mm，然后把另一个同规格的铝片搭接在涂有胶料的片材上，用夹具夹紧，于120℃下烘烤10分钟，制得剪切试样，剪切强度测试参照GB/T7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测试(刚性材料对刚性材料)》进行测试；

(3)把胶料注入2mm厚度模具中，制成样片按GB/T528-1998测试拉伸强度及断裂伸长率；

(4)把胶料注入6mm厚度模具中，制成样片按GB/T531.2-2009测试邵氏A硬度。详细测试结果如表1所示。

表1性能测试结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的

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限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术手段和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围。