一种聚硅氧烷弹性体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚硅氧烷弹性体及其制备方法和应用，所述聚硅氧烷弹性体通过以下方法制备：首先将螺吡喃与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及烷羟基封端的聚硅氧烷在无水溶剂中于无氧条件下反应，生成异氰酸酯基封端的预聚物；然后加入1,4‑丁二醇(BDO)进行扩链反应，待得到产物中的溶剂挥发后，干燥成型。所述聚硅氧烷弹性体具有可逆的力致变色和光致变色性能，具有良好的自修复功能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚硅氧烷弹性体及其制备方法和应用
本专利技术涉及聚硅氧烷材料
，特别是涉及一种聚硅氧烷弹性体及其制备方法和应用。
技术介绍
聚硅氧烷作为最重要的特种合成高分子之一，具有耐高低温、耐溶剂、高绝缘、无毒无臭、生物相容性好等诸多优异性能，因而在国防军工、航空航天、医疗器械、化学工业等多个重要领域中具有不可替代的应用价值，并日益成为科研工作者的研究热点。纯的聚硅氧烷力学性能较差，往往需要添加各种填料和助剂来改善，而这会不可避免地影响其耐热性、绝缘性、生物相容性等性能。力致变色聚合物是一类能够对外界施加的机械力实时做出反应的智能材料。螺吡喃是一种典型的力致变色分子，受到外力时会由闭环态转变为开环态，颜色也随之发生改变；撤去外力则会逐渐恢复为闭环态，颜色也同时恢复。将螺吡喃接入聚合物链中，受力时聚合物可以产生颜色变化，从而判断其的受力情况，在可视化应力传感器、防伪材料、无墨书写材料以及生物传感器等方面具有巨大的应用价值。目前报道的力致变色聚合物，基体多为聚丙烯酸酯和聚氨酯类，在耐热耐寒及生物相容性上尚存在不足；具有力致变色功能的聚硅氧烷弹性体尚未见报道，其耐热耐寒、高绝缘性及良好的生物相容性能够大大拓宽力致变色聚合物的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种聚硅氧烷弹性体，该聚硅氧烷弹性体首先将螺吡喃与MDI、IPDI及烷羟基封端的聚硅氧烷反应，生成异氰酸酯基封端的预聚物；然后加入BDO进行扩链反应得到。本专利技术的另一方面是提供所述聚硅氧烷弹性体的制备方法，该制备方法简单，反应条件温和，便于工业化推广应用。本专利技术的另一方面，是提供所述聚硅氧烷弹性体的应用，所述聚硅氧烷弹性体具有可逆的力致变色和光致变色性能，同时具有良好的自修复功能。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种聚硅氧烷弹性体，其结构式为：聚合片段的结构式分别为：其中R为甲基、乙烯基、苯基或氟烃基。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体通过以下方法制备：首先将螺吡喃与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及烷羟基封端的聚硅氧烷在无水溶剂中于无氧条件下反应，生成异氰酸酯基封端的预聚物；然后加入1,4-丁二醇(BDO)进行扩链反应，待得到产物中的溶剂挥发后，干燥成型得到所述聚硅氧烷弹性体，其中所述螺吡喃的结构式为：在上述技术方案中，聚硅氧烷的数均相对分子量为500～100000，所述烷羟基封端的聚硅氧烷的侧链为甲基、乙烯基、苯基或氟烃基。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体通过以下方法制备：步骤1，将螺吡喃与MDI和IPDI按照质量比1：(10～70)：(70～10)溶于无水溶剂，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～5h；步骤2，将聚硅氧烷和二月桂酸二丁基锡溶于无水溶剂中，其中聚硅氧烷的质量为所述螺吡喃质量的200～400倍，二月桂酸二丁基锡的质量为聚硅氧烷质量的0.1～1％，加入步骤1得到的反应体系，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～5h；步骤3，将BDO溶于无水溶剂，其中BDO的质量为所述聚硅氧烷质量的1～10％，加入步骤2得到的反应体系，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～24h；步骤4，待步骤3得到的反应体系中的溶剂挥发后，于30～60℃下真空干燥12-24h得到力致变色聚硅氧烷弹性体。在上述技术方案中，所述步骤4中，将步骤3得到的反应体系倒入聚四氟乙烯模具，在鼓风烘箱中挥发除溶剂，30～60℃下真空干燥12-24h得到力致变色聚硅氧烷弹性体。在上述技术方案中，所述步骤1、步骤2和步骤3中的无水溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃或甲苯等溶剂的一种或任意比例的组合；所述步骤1、步骤2和步骤3中搅拌反应的温度为60～100℃；所述步骤1、步骤2和步骤3的无氧条件为氮气、氦气或氩气气氛。在上述技术方案中，所述螺吡喃通过以下步骤制备：步骤a，将2,3,3-三甲基-3H-吲哚和2-溴乙醇分散于乙腈中，在保护气体氛围中下加热至60～100℃，回流1～24h；步骤b，向步骤a得到的产物中，加入氢氧化钾，以水为溶剂，常温下搅拌1～60min；步骤c，以丙酮和水为溶剂，加入3-氯甲基-5-硝基水杨醛和氢氧化钠，在保护气体氛围下加热至60～100℃，回流1～10h；步骤d，以乙醇和水为溶剂，将步骤b和步骤c得到的产物在保护气体氛围下加热至60～100℃，回流1～10h。本专利技术的另一方面，还包括所述聚硅氧烷弹性体的应用。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体的拉伸强度为10.5-15MPa，断裂伸长率可达500-800％。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体热分解起始温度在300～350℃，最大失重速率温度在350～460℃。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体作为变色材料的应用。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体在拉伸至300％时，颜色开始由黄变为蓝紫色，撤去应力后经可见光照射，颜色由蓝紫恢复为黄色。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体受到紫外光照时，颜色由黄变为蓝紫色；经可见光照射或加热至40～100℃，颜色由蓝紫恢复为黄色。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体作为自修复材料的应用。在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体在60℃下修复24h，拉伸强度的修复率可达80～95％，断裂伸长率的修复率可达60～80％。本专利技术的另一方面，一种聚硅氧烷弹性体的制备方法，包括以下步骤：首先将螺吡喃与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及烷羟基封端的聚硅氧烷在无水溶剂中于无氧条件下反应，生成异氰酸酯基封端的预聚物；然后加入1,4-丁二醇(BDO)进行扩链反应，待得到产物中的溶剂挥发后，干燥成型聚硅氧烷弹性体，其中所述螺吡喃的结构式为：在上述技术方案中，所述聚硅氧烷弹性体的制备方法包括以下步骤：步骤1，将螺吡喃与MDI和IPDI按照质量比1：(10～70)：(70～10)溶于无水溶剂，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～5h；步骤2，将聚硅氧烷和二月桂酸二丁基锡溶于无水溶剂中，其中聚硅氧烷的质量为所述螺吡喃质量的200～400倍，二月桂酸二丁基锡的质量为聚硅氧烷质量的0.1～1％，加入步骤1得到的反应体系，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～5h；步骤3，将BDO溶于无水溶剂，其中BDO的质量为所述聚硅氧烷质量的1～10％，加入步骤2得到的反应体系，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～24h；步骤4，待步骤3得到的反应体系中的溶剂挥发后，于30～60℃下真空干燥12-24h得到力致变色聚硅氧烷弹性体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的聚硅氧烷弹性体原料易得，为商品化的产品，合成过程无需特殊条件和设备，合成工艺简单，成本较低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚硅氧烷弹性体，其特征在于，其结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种聚硅氧烷弹性体，其特征在于，其结构式为：



聚合片段的结构式分别为：



其中R为甲基、乙烯基、苯基或氟烃基。


2.如权利要求1所述的聚硅氧烷弹性体，其特征在于，通过以下方法制备：
首先将螺吡喃与MDI、IPDI及烷羟基封端的聚硅氧烷在无水溶剂中于无氧条件下反应，生成异氰酸酯基封端的预聚物；然后加入BDO进行扩链反应，待得到产物中的溶剂挥发后，干燥成型得到所述聚硅氧烷弹性体，其中所述螺吡喃的结构式为：





3.如权利要求2所述的聚硅氧烷弹性体，其特征在于，聚硅氧烷的数均相对分子量为500～100000，所述烷羟基封端的聚硅氧烷的侧链为甲基、乙烯基、苯基或氟烃基；
所述聚硅氧烷弹性体通过以下方法制备：
步骤1，将螺吡喃与MDI和IPDI按照质量比1：(10～70)：(70～10)溶于无水溶剂，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～5h；
步骤2，将聚硅氧烷和二月桂酸二丁基锡溶于无水溶剂中，其中聚硅氧烷的质量为所述螺吡喃质量的200～400倍，二月桂酸二丁基锡的质量为聚硅氧烷质量的0.1～1％，加入步骤1得到的反应体系，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～5h；
步骤3，将BDO溶于无水溶剂，其中BDO的质量为所述聚硅氧烷质量的1～10％，加入步骤2得到的反应体系，于无水无氧条件下，搅拌反应0.1～24h；
步骤4，待步骤3得到的反应体系中的溶剂挥发后，于30～60℃下真空干燥12-24h得到力致变色聚硅氧烷弹性体。


4.如权利要求3所述的聚硅氧烷弹性体，其特征在于，所述步骤4中，将步骤3得到的反应体系倒入聚四氟乙烯模具，在鼓风烘箱中挥发除溶剂，30～60℃下真空干燥12-24h得到力致变色聚硅氧烷弹性体；
所述步骤1、步骤2和步骤3中的无水溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃或甲苯等溶剂的一种或任意比例的组合；
所述步骤1、步骤2和步骤3中搅拌反应的温度为60～100℃；
所述步骤1、步骤2和步骤3的无氧条件为氮气、氦气或氩气气氛。


5.如权利要求1-4中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊萍，赵恺丰，闫幸幸，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12