专利名称：不含亚硝胺的硅氧烷制品的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及不含亚硝胺的硅氧烷制品的制备。更具体而言，本发明涉及在基本无氧的气氛中，用后烘烤方法制备不含亚硝胺的硅氧烷制品。
已经有了若干关于描述在各种橡胶制品中存在挥发性N-亚硝胺的报导公诸于世。现在关于对婴儿奶瓶橡胶嘴中存在挥发性N-亚硝胺及这些化合物可能进入婴儿配方的关心，是受到如下报告的启迪Preussmann等人，(1981)Am.Chem.SoC.Symp.Ser.174，AmericanChemical Society，Washington，DC，P.217。
为评估婴儿奶瓶橡胶嘴中含有挥发性N-亚硝胺的方法已被描述。在研究由一个制造商出品的橡胶奶嘴中，用热能分析器由气相色谱法测定了N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二乙胺和亚硝基哌啶，并由质谱法确认它们的存在，各亚硝胺的平均含量范围为22-281ppb。当将这种奶嘴与牛奶或婴儿食品放在灭菌器里一起消毒时，这三种亚硝胺就向牛奶或食品中迁移。消毒后，将奶嘴倒置在奶瓶中室温下贮存两小时，或放于冰箱内过夜，会使迁移到牛奶中的亚硝胺含量平均增加8～13％，在单个奶嘴重复消毒后从橡胶奶嘴移向牛奶的亚硝胺的数量稳定下降，但在七次消毒后，牛奶中的亚硝胺仍可被容易地检出，消毒后，橡胶奶嘴中亚硝胺的含量较高，表明在奶嘴中存在着亚硝胺的前体，在原始未固化橡胶中未发现亚硝胺。在硫化过程中所加的化学加速剂和稳定剂是橡胶奶嘴中胺前体的来源。
1984年1月1号美国食品和药品管理局(以下称为“FDA”)确定在橡胶奶嘴中总N-亚硝胺的允许水平为60ppb。该允许水平在1985年1月1号被降为10ppb。
为了测定婴儿橡胶奶嘴中的挥发性N亚硝胺，针对FDA二氯甲烷萃取法进行了一项协作研究。在二氯甲烷萃取以后由气相色谱—热能分析法测定N-亚硝胺。由11个协作实验室对代表6个组别的6对一式两份橡胶奶嘴盲样作了分析。所有样品是得自美国的制造厂商出品的橡胶奶嘴的平衡混合料。在约20ppb内标(N-亚硝基二丙胺)时，回收率为10-120％。重复性的相对标准偏差(RSD)对10～20ppbN亚硝胺的水平为35-45％。然而当排除从各实验室回收率小于75％的数据(现在由此法规定)时，对6-26ppbN-亚硝胺的水平时，RSD的值为11-32％。这些值符合于或优于在低ppb含量时定量微量污染物的其它分析技术的报告值，例如食物中的黄曲霉素)，在婴儿橡胶奶嘴中挥发性N亚硝胺的定量中，该方法已被官方第一次接受，见GasChromatographic-Thermal Energy Analysis Method forDetermination of Volatile N-Nitrosamines in Baby BottleRubber NipplesCollaborative Study，由Gray&Stachiw，J.Assoc.Off.Anal.Chem.(1987)70，March Issue.
尽管橡胶工业中的研究已经致力于降低或消除亚硝胺，但是没有一种研究包括硅橡胶材料。与合成橡胶化合物相反，硅橡胶弹性体组合物通常是由含乙烯基的聚二有机硅氧烷、有机氢化硅氧烷交联体和铂催化剂制备的。这类组合物有多种理由是合乎理想的。例如它们硫化时不产生副产品。它们能在室温下或在升高温度下固化。它们能通过利用铂催化剂抑止剂在室温下稳定地贮存。另外，它们也能由高粘度和低粘度的聚合物所制造。这些组合物可利用粘度足够低的，容易泵送或可挤出的以及固化快的组分。这些组合物也可提供以高强度和高硬度为特征的经固化的硅氧烷弹性体。
分子间相互作用特别弱的交联硅氧烷聚合物的抗拉强度较低。只有添加增强填料以后，才能获得高强度的硅氧烷聚合物。尤为合适的填料是BET表面积为150-400m2/g的雾化二氧化硅，它能使抗拉强度增加约20倍达10-12MPa。同时，由于雾化二氧化硅具有强烈的增稠效应，使粘度大大增加。这种效应是初级二氧化硅粒子形成团块引起的。这些团块由通过氢键建立一种三维网络(三元结构)，因而雾化二氧化硅的本体密度仅为约50g/l。为了产生100份聚合物中含40份二氧化硅的混合物，因此每1份体积聚合物需要添加8份体积的填料。这些比例清楚表明使用处理剂以尽可能减少填料团块间相互作用的必要性。最有效而最常用的处理剂为六甲基二硅氮烷(以下称为“HMDZ”)。用HMDZ处理过的填料的增稠效应大为减小，因而特别适用于液体硅橡胶中。
因为硅氧烷弹性体是完全不同的聚合物，这些硅氧烷变成是替代合成橡胶化合物的首选候选物。对固化的硅氧烷弹性体的分析表明不存在亚硝胺。然而，令申请人吃惊的是，经过按FDA要求的后烘烤，检测出了亚硝胺的存在。对于这些作为FDA调整市场的硅氧烷，必须找出去除亚硝胺的方法。
本发明提供一种制备不含亚硝胺的硅氧烷制品的方法，包括混合下列组分(A)含乙烯基的有机聚硅氧烷；(B)氢化硅硅氧烷；(C)填料和(D)一种催化量铂族金属化合物或一种过氧化物，以及在惰性气氛中将此混合物后烘烤。
导致本发明的重要特征是基于下列发现，即若该后烘烤是在基本上无氧气氛中进行，则得到的制品是基本上不含亚硝胺的。
组分(A)，含乙烯基有机聚硅氧烷，通常在25℃具有的粘度为5000-1000,000厘泊。优选的含乙烯基有机聚硅氧烷是乙烯基断链聚合物，通式为MviDxMvi，乙烯基链上共聚合物，例如MDxviDyM，乙烯基断链、乙烯基链上共聚合物，例如MviDxDviyMvi，乙烯基和三甲基甲硅烷基断链共聚合物，例如MDxMvi，或它们的混合物，其中Vi代表乙烯基，M代表三甲基甲硅烷基，Mvi代表二甲基乙烯基甲硅烷氧基，D代表二甲基甲硅烷氧基。这些聚合物公开于授予Jeram等人的美国专利5082886，4340709，3884866，授予Sumpter等人的美国专利5331075，授予Lee等人的USP 4162234，授予Tolentino的USP4382057和授予Sweet的USP4427801，在此引入作为参考。
组分(B)，用于本发明的氢化硅硅氧烷或氢化硅硅氧烷流体可具有约0.04-约1.4％(重)与硅相连的化学结合氢。氢化硅硅氧烷的一种形式是具有下式的“偶合剂”， 其中R1选自1-13碳一价不含不饱和烯基的烃基，n是具有足以在25℃时给“偶合剂”提供1-500厘泊粘度的值的整数，也具有以在氢化硅硅氧烷流体中的化学结合甲硅烷氧基单元总摩尔数为基准，约3-9摩尔％的断链二有机氢化甲硅烷氧基单元。
除式(1)的氢化硅偶合剂外，在本发明热可固化有机聚硅氧烷组合物中所用的氢化硅硅氧烷流体，也可包括基本由与SiO2单元化学结合的下列化学结合单元组成的氢化硅树脂 其中R2＋H与Si的比例可为1.0-2.7。氢化硅树脂也可具有与SiO2单元和(R4)2SiO单元相结合的下式单元 其中R3＋R4＋H与Si之比可为1.2-2.7，其中R2、R3和R4是选自R1基团的1-13碳一价不含不饱和烯基的烃基。
所述氢化硅硅氧烷流体也可包括含下式的直链含氢聚硅氧烷， 其中R5是选自R1基团的1-13碳不含不饱和烯基的烃基，p和q是足以在25℃时给聚合物提供1-1000厘泊粘度的整数。
在通式(1)和(2)和上述化学结合单元中，R1、R2、R3、R4和R5可相同或不同，为选自下列的基团1-8碳烷基，如甲基、乙基、丙基等等；环烷基，如环己基、环庚基等；芳基，如苯基、甲苯基、二甲苯基等及卤代烷基，如3，3，3-三氟丙基。
组分(C)，该填料是先有技术已知的任何增强或增量填料。为了获得高抗拉强度，例如，可加入一种增强填料。可予应用的许多增强填料的例子有二氧化钛、锌钡白、氧化锌、硅酸锆、氧化硅气溶胶、氧化铁、硅藻土、碳酸钙、雾化氧化硅、经氮硅烷处理的氧化硅、沉淀氧化硅、玻璃纤维、氧化镁、氧化铬、氧化锆、氧化铝、α石英、煅烧粘土、石棉、碳粉、石墨、软木、棉花、合成纤维等。
优选的填料是已经处理的雾化氧化硅或沉淀氧化硅。处理的方法可按下列专利的教导进行USP 4529774(Evans等人)，USP3635743(Smith)，USP3847848(Beers)，它们在此引入作为参考。另外更优选的填料是经就地处理的那种，就地处理即将未处理的填料和处理剂分别加入硅氧烷弹性体组合物中，随填料混合物进入弹性体中同时发生的处理过程。这种就地处理过程由Evans在USP4529774中提出的，在此引入作为参考。
另外，这些填料可被下列专利的乙烯基处理的氧化硅填料所替代Lee等人的USP4162243和Sweet的USP4427801，在此引入作为参考。
组分(D)，该催化剂是能促进氢化硅与乙烯基不饱和聚有机硅氧烷之间的硅氢化反应的。典型的组分(D)是一种贵金属，通常是铂。这类催化剂在本领域是熟知的。优选的催化剂见于授予Lamoreaux的USP3917432、3197433和3220972，授予Karstedt的USP3715334和3814730和授予Ashby等人的USP4288345，它们在此引入作为参考。
另外，该催化剂可为一种过氧化物或包括一种低温过氧化物与一种高温过氧化物的过氧化物组合。
由于含组分A、B和C与组分D的催化剂在室温下混合时，可立即开始固化，所以若想要在模塑之前将组合物贮存，则用合适的抑制剂，抑制室温下的催化作用是需要的。虽然可用铂催化抑制剂阻滞铂在室温下的催化活性，但是它允许铂在升高温度下催化组分A、B和C之间的反应。
一种合适的铂催化抑制剂描述于授予KooKootsedes等人的USP3445420，该文在此引入作为参考，其中描述了一些炔属抑制剂及其应用。一种优选的炔属抑制剂是炔醇类，尤其是2-甲基-3-丁炔-2-醇。
第二类铂催化抑制剂描述于授予Lee等人的USP3989667，其中描述了某些烯属硅氧烷类、其制备及其作为铂催化抑剂的应用，此文在此引入作为参考。
第三类铂催化抑制剂是每个分子中含3-6个甲基乙烯基硅氧烷单元的聚甲基乙烯基环硅氧烷。
铂催化抑制剂的最佳浓度是能在环境温度下提供所需的贮存稳定性，而不致过分延长在升高温度下固化该组合物所需的时间间隔。其用量可在大范围内变化，并将取决于所用的具体抑制剂、含铂催化剂的性质和浓度，以及有机氢化硅氧烷的性质。
本发明的组合物可用于液体注模过程，在此过程中，组合物在低压下，如在600KPa钢瓶压力下被注入轻量模子中。这类组合物可在热模子内快速固化，不用冷却模具即可将其移出。所用模制、挤出或固化过程的类型不很严格，可包括本领域中的公知技术。本发明组合物的一个优点是其可挤出性，这就使之适用于低压下的液体注模等模制过程。制得的组合物具有如下粘度，即在620KPa压力下经3.175mm孔每分种至少可挤出45克，优选粘度是每分钟至少可挤出50克。
此类硅氧烷弹性体组合物由于其流体性能，可容易用常规混合设备制备。如果组合物被立即使用则混合次序不重要。然而，最好先混合(A)、C和(D)，再加入(B)。这种方式可使少量(D)在开始固化前均匀分散于(A)和(C)中。用此技术可制出合适的双包装组合物。例如，可以如下方法制成方便的双包装组合物将部分(A)，部分(C)和所有(D)在一个包装内混合，并将其余的(A)和(C)与所有(B)在另一包装内混合，这样将等量的包装1和包装2相混就可产生本发明的组合物。单包装组合物可由混合(A)、(B)、(C)、(D)和一种铂催化抑制剂而制得。这些含抑制剂的组合物可以贮存较长时间而不固化，但当其加热到70℃时仍能固化，优选加热到100℃以上以缩短固化时间。
从这些组合物得到的固化的硅氧烷弹性体然后在基本无氧气氛中进行后烘烤。基本无氧的意思是指气氛的含氧浓度小于15％，优选小于10％。在一个实施方案中，固化的硅氧烷弹性体在包括He、N2、Ar、CO2、CH4和其混合物的惰性气氛中受后烘烤。另外，固化的硅氧烷弹性体可在真空中后烘烤。该固化硅氧烷弹性体的后烘烤条件是300°-450°F温度下0.3-5小时，优选325°-425°F下0.5-4小时，更优选在400°F下1小时。
为演示本发明的各种特征，提供下列实施例。它们用于说明目的，不想以任何方式限制本发明的范围。实例1试样制备按本发明的教导用表I配方制备硅氧烷LIM基化合物。
表I64.5份 40000cps乙烯基断链聚二甲基硅氧烷聚合物25份 325m2/g八甲基环四硅氧烷处理的雾化氧化硅1份 乙烯基三乙氧基硅氧烷6份 六甲基二硅氮烷6份 水4份 500cps乙烯基断链的聚二甲基甲基乙烯基共聚物4份 500cps三甲基甲硅烷基和二甲基乙烯基断链的聚二甲基硅氧烷聚合物2.5份MQ树脂在冷却的混合器中将40000cps乙烯基断链聚合物、水和六甲基二硅氮烷一起混合。将325m2/g D4处理的填料缓慢加入上列混合物并混合，直至完全掺混。向混合物中加入乙烯基三乙氧基硅烷，并充分混合。将混合器密封，再在70-80℃加热1小时。在完全真空下将批料在140℃分离，除去所有填料处理反应的副产物。然后将混合物冷却到80℃。再加入两种500cps的含乙烯基的共聚物并混匀。再加2.5份MQ树脂释放剂。抽真空对批料脱气。
组分A由加足量Karstedt铂有机硅氧烷配合物而制备，得到20-40ppm铂。组分B由加约330ppm氢化物交联剂(MHDxDyHMH)的H和约0.4份基丁炔醇，混合直至均匀分散而制得。LIM组合物是由100份组分A与100份组分B，在静态混合机内无空气引入下混合制得。该A/B混合物然后在375℃下被模制20秒钟，制成3″×5″×0.070″尺寸的板。模制成的板含DMNA量小于1.0ppb。实例2在空气中的后烘烤将实例1制成的第1号板在空气循环炉中在约400°进行后烘烤1小时，再冷却到室温。此样品被称为PBO。第2号板上包上铝箔，再在同样条件下后烘烤。此样品被称为PBS。结果如下
*DMNA二甲基亚硝胺结果清楚表明，在模制的LIM组合物中不含亚硝胺。亚硝胺仅存在于当后烘烤在400°F在空气中进行1小时时。产生的亚硝胺当后烘烤开放时是挥发的，而当后烘烤密封时是被捕集的。实例3在氦气氛中的后烘烤如实例2所述将相同的组分(A)和(B)混合，只是后烘烤是在氦气氛炉中在约400°F下进行1小时。
*低的2.9ppb DMNA值可能是由于一些空气已被捕集在密封的样品中。
结果清楚表明，在He中的后烘烤可基本消除DMNA。实例4在氮气氛中的后烘烤如实例2所述将相同的组分(A)和(B)混合，只是后烘烤是在氮气炉中约400°F下进行1小时。
权利要求
1.一种制备不含亚硝胺的硅氧烷制品的方法，包括下列步骤(a)将(A)一种含乙烯基的有机聚硅氧烷；(B)一种氢化硅硅氧烷或氢化硅硅氧烷流体；(C)一种填料和(D)一种催化量的催化剂混合；(b)将步骤(a)的混合物固化；(c)在基本不含氧的气氛中将步骤(b)的固化混合物后烘烤。
2.权利要求1的方法，其中固化的混合物是在惰性气氛中后烘烤。
3.权利要求2的方法，其中的惰性气氛包括He、N2、Ar、CO2、CH4及其混合物。
4.权利要求1的方法，其中固化的混合物是在真空系统中后烘烤。
5.权利要求1的方法，其中的混合物是在300°-450°F温度下后烘烤0.3-5小时。
6.权利要求5的方法，其中的混合物是在325°-450°F温度下后烘烤0.5-4小时。
7.权利要求6的方法，其中的混合物是在400°F温度下后烘烤1小时。
8.权利要求1的方法，其中的混合物是在加热的模具中固化。
9.权利要求1的方法，其中的步骤(a)还包括添加有效量抑制剂的步骤。
全文摘要
本发明涉及使用在惰性气氛中的后烘烤，制备不含亚硝胺的硅氧烷制品的方法。
文档编号C08L83/04GK1123292SQ9511693
公开日1996年5月29日 申请日期1995年8月31日 优先权日1994年8月31日
发明者L·N·刘易斯, E·M·杰拉姆 申请人:通用电气公司