有機硅組合物及相關方法
【技術領域】
[0001] 本發明提供了與聚合物泡沫有關的組合物、制品和方法。所述聚合物泡沫更具體 地為有機硅泡沫，并任選地具有彈性體特性。
【背景技術】
[0002] 有機硅為基于交替的硅和氧原子的鏈或網絡的合成聚合物。還被稱為聚合硅氧烷 或聚硅氧烷，有機硅具有化學通式[R2SiO]n，其中R為有機基團如甲基、乙基或苯基。在化學 上，這些材料具有無機硅-氧主鏈（…-Si-O-Si-O-Si-O-)，有機側基連接到硅原子。有 機硅因其作為電氣絕緣體、防水劑、橡膠和樹脂的用途而廣為人知。
[0003] 泡沫可具有開孔微結構或閉孔微結構。開孔泡沫具有通常彼此相交的空隙，從而 形成滲透過材料的路徑。與閉孔泡沫相比，這些泡沫往往是柔軟且可壓縮的。開孔泡沫密 度還通常比閉孔泡沫低并且在一定程度上較便宜，因為每單位體積需要較少的材料。另一 方面，閉孔泡沫使用隔離開的空隙，所述空隙不彼此連通。因此，這些泡沫往往更堅實并且 抗壓縮。此外，氣體和流體不能穿過閉孔泡沫，使得閉孔泡沫可用于其中不希望水的吸收的 某些絕緣應用中。
[0004] 可使用各種方法來制備發泡聚合物。一些方法涉及物理或化學發泡劑的使用。物 理發泡劑通常為揮發性的液體，其可用來在基質中創造空隙，從而產生蜂窩狀（或發泡）材 料。常見的物理發泡劑包括氯氟烴、氫氯氟烴、烴和液體二氧化碳。化學發泡劑使用一種或 多種產生氣體的化學反應來使泡沫發泡。一種示例性的化學發泡劑為粉狀氫化鈦，其可用 來通過在升高的溫度下分解成鈦和氫氣而制備金屬泡沫。其它發泡方法也已被引入實踐 中，包括機械起泡、可溶性填料的提取以及中空球和/或多孔顆粒的使用。
[0005] 有機硅材料一般具有低導熱性、低化學反應性、低毒性、良好的氧化穩定性和良好 的熱穩定性（即，它們的性質在寬的溫度范圍內不會顯著改變）。這些性質使得它們在需要 耐高溫、低發煙和/或高的生物相容性的熱-聲、電絕緣和密封應用中特別有用。這些包括 例如醫療應用及飛機、船舶和鐵路系統中的運輸應用。當與實心有機硅彈性體相比時，基于 其降低的材料成本，有機硅泡沫還提供潛在的成本節約。
【發明內容】
[0006] 使用發泡劑、起泡、填料和中空或多孔顆粒來在泡沫中創造空隙的潛在缺點之一 在于可能向泡沫材料中引入雜質。在其中此類雜質可能導致不利的化學或生物反應的應用 中，這可能成問題。這些方法中的一些面臨的另一限制在于在使材料發泡的步驟和泡沫材 料的聚合之間缺乏獨立性。如果這些過程同時發生，則要獲得期望的孔眼大小和/或獲得 合適的孔眼大小分布可能在技術上具有挑戰性。
[0007] 本文提供的發泡有機硅制品、組合物和方法使用水作為物理發泡劑。雖然水是揮 發性的液體，但通常難以使用水作為發泡劑，因為其通常與有機聚合物不相容并且往往形 成快速發生相分離的不穩定系統。令人驚奇的是，發現衍生自四烷氧基硅烷（Q-單元）和 三甲基乙氧基硅烷（M-單元）的有機硅前體（稱為"MQ"樹脂）可有效地吸收顯著量的水 而獲得穩定的MQ-水團簇。因為水可隨后通過蒸發移除，故此MQ-水團簇可充當發泡劑來 提供發泡有機硅結構。
[0008]在一個方面，提供了一種有機硅泡沫。所述有機硅泡沫包含：聚硅氧烷和硅酸鹽樹 脂的交聯有機硅網絡，所述有機硅網絡基本上不含任何化學發泡劑或其副產物；以及包埋 在有機硅網絡中以提供蜂窩狀結構的多個空隙。
[0009]在另一個方面，提供了一種可聚合的有機硅組合物，其包含：由硅酸鹽MQ樹脂和 一定量的分散在硅酸鹽MQ樹脂中的水構成的MQ-水團簇，所述量的范圍為MQ-水團簇的總 重量的約1 %至約99% ;和有機硅流體，其中所述MQ-水團簇和有機硅流體共同提供。
[0010] 在另一個方面，提供了一種制備有機硅泡沫的方法，其包括：向硅酸鹽MQ樹脂中 分散一定量的水以提供MQ-水團簇；向有機硅流體中分散穩定的MQ-水團簇以獲得具有 MQ-水團簇作為不連續相而有機娃流體作為連續相的有機娃逆乳液；以及通過放出MQ-水 團簇中的水來使有機硅乳液發泡以提供蜂窩狀結構。
【附圖說明】
[0011] 圖1示出了一個示例性實施例中的樹脂組分的化學結構。
[0012] 圖2為示出了用來制備本發明的一個示例性實施例的步驟的框圖。
[0013]圖3為示出了用來制備本發明的另一個示例性實施例的步驟的框圖。
[0014]圖4為示出了用來制備本發明的另一個示例性實施例的步驟的框圖。
[0015]圖5為使用圖2的步驟制得的有機硅泡沫試樣的顯微圖。
[0016] 圖6為圖5中的有機硅泡沫在更高放大倍數下的顯微圖。
【具體實施方式】
[0017]在本專利申請全文的若干地方，通過實例列表提供指導，實例可用于多種組合中。 在每一種情形下，所列舉的列表僅僅作為代表性群組，而不應被理解為排他性列表。
[0018]通過端點表述的任何數值范圍包括該范圍內所包含的所有數值（例如，1至5包括 1、1.5、2、2.75、3、3. 80、4、5 等）。
[0019]術語"一個"、"一種"、"所述"、"至少一種（個）"和"一種（個）或多種（個）"可 互換使用。因此，例如，包括提供"一種"泡沫制品的步驟的方法可理解為指該方法包括提 供"一種或多種"泡沫制品的步驟。
[0020] 本發明的制品、組件、套件和方法與有機硅泡沫有關。這些泡沫衍生自能夠聚合并 然后干燥以提供成品泡沫材料的可聚合組合物。在優選的實施例中，可聚合組合物繼而為 穩定的有機硅乳液，其至少包含硅酸鹽MQ樹脂、有機硅流體和一定量的水。任選地，所述乳 液可還含有其它組分，包括但不限于顏料、染料、抗氧化劑、催化劑、引發劑、表面活性劑、增 粘劑、增塑劑、交聯劑、填料顆粒、阻燃劑、抗微生物劑、流變改性劑、相容的流體、不相容的 流體和中空微球。成品有機硅泡沫通常含有上面提到的MQ樹脂和有機硅流體的聚合類似 物。
[0021]如本文所用，術語"有機硅"包括含有具有二烷基或二芳基硅氧烷（-SiR2〇-)重復 單元