一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体及其制备方法，先将氨基封端的聚硅氧烷与异氟尔酮二异氰酸酯反应得到聚硅氧烷长链，同时在材料中引入了氢键作为牺牲键增强力学性能；然后利用动态硅醚键在材料内部形成动态交联网络，制备具有良好的力学性能、热稳定性和可再加工性能的聚硅氧烷弹性体材料。本发明专利技术提供一种氢键作牺牲键、动态硅醚键交联的可再加工聚硅氧烷弹性体材料及其制备方法，能够提高聚硅氧烷弹性体的力学性能。够提高聚硅氧烷弹性体的力学性能。够提高聚硅氧烷弹性体的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物领域，更具体地说，涉及一种聚硅氧烷弹性材料，特别是以聚硅氧烷为基体，二异氰酸酯引入氢键增强力学性能，添加硅醚键以调控机械性能、提高材料热稳定性，并且赋予材料可再加工性能。

技术介绍

[0002]聚硅氧烷是一种以重复的硅氧键为主链，硅原子上连接甲基、苯基等有机基团的聚合物。由于独特的Si
‑
O结构，聚硅氧烷是典型的半无机半有机聚合物，既具有无机物的耐热性，又具有有机高分子的柔顺性，还具有良好的耐老化、耐候、耐有机溶剂、无毒无臭等特性，这些独特的性质使其作为弹性材料在智能穿戴、传感、高端制造、军事工业等领域得到了广泛的应用。
[0003]然而，商业化的聚硅氧烷弹性体采用永久交联，材料一旦失效则无法再加工回收，极大地浪费了资源，对环境产生了危害，同时由于分子链之间的相互作用力较弱，聚硅氧烷弹性体通常力学性能较差；先前报道动态共价键交联聚硅氧烷弹性体虽然赋予了材料可再加工的性能，有利于节约资源和保护环境，但是这些动态键的热稳定性一般较差，无法与聚硅氧烷基体相提并论，赋予结构动态特性的同时会降低热稳定性。这些不足限制了聚硅氧烷弹性体在生产实际中的应用，因此制备具有高力学性能、热稳定性和可再加工性能的聚硅氧烷弹性体具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氢键作牺牲键、动态硅醚键交联的可再加工聚硅氧烷弹性体材料及其制备方法。
[0005]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
[0006]一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体及其制备方法，按照下述步骤进行：
[0007]步骤1，将聚硅氧烷均匀分散在溶剂中，在惰性保护气氛下依次加入二异氰酸酯、扩链剂和改性剂并进行充分反应，聚硅氧烷用量为100重量份，二异氰酸酯用量为20
‑
30重量份，扩链剂用量为1
‑
5重量份，改性剂为0.5
‑
3重量份；优选聚硅氧烷用量为100重量份，二异氰酸酯用量为25
‑
30重量份，扩链剂用量为1
‑
3重量份，改性剂为1
‑
3重量份。
[0008]在步骤1中，所述聚硅氧烷为氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷(APDMS)。
[0009]在步骤1中，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或者赖氨酸二异氰酸酯中的一种，优选异佛尔酮二异氰酸酯。
[0010]在步骤1中，扩链剂为3,3'
‑
(1,1,3,3
‑
四甲基
‑
1,3
‑
二硅氧基)双(1
‑
丙胺)(AES)、1,4
‑
乙二胺(EI)、1，6
‑
己二胺(HI)或者1,4
‑
丁二醇(BDO)中的一种，优选3,3'
‑
(1,1,3,3
‑
四甲基
‑
1,3
‑
二硅氧基)双(1
‑
丙胺)(AES)。
[0011]在步骤1中，改性剂为2
‑
氨基乙醇(AT)、3
‑
氨基
‑
1,2
‑
丙二醇(3
‑
AP)、2
‑
氨基
‑
1,3
‑
丙二醇(2
‑
AP)中的一种，优选3
‑
氨基
‑
1,2
‑
丙二醇(3
‑
AP)。
[0012]在步骤1中，采用搅拌进行每一次添加的均匀分散和反应，搅拌速度为每分钟100
‑
500转，搅拌时间为1—24h，添加异氟尔酮二异氰酸酯、扩链剂、改性剂(包括交联剂)后，根据添加物的多少需要搅拌足够长的时间，以保证添加物能实现较高的反应率。
[0013]步骤2，向步骤1得到的混合溶液中滴加交联剂，分散均匀后倒入模具中，除去溶剂后，得到未固化产物，后将温度升至140
‑
180℃保温5
‑
10h，随后自然冷却到室温，得到交联产物；交联剂用量为0.1
‑
3重量份；
[0014]在步骤2中，采用搅拌进行均匀分散，搅拌速度为每分钟100
‑
500转，搅拌时间为2—6小时。
[0015]在步骤2中，交联剂为四甲氧基硅烷(TMS)、四甲氧基硅烷(TES)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、N,N'
‑
双[3
‑
(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺(AES),优选N,N'
‑
双[3
‑
(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺(AES)。
[0016]在步骤2中，将混合溶液倒入模具中，置于60
‑
80℃真空烘箱中16
‑
24h以除去溶剂，得到未固化产物。
[0017]在步骤2中，选择在惰性保护气氛下进行反应，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的一种，优选为氮气。
[0018]步骤3，将步骤2所得的交联产物装入模具，在温度为140
‑
180℃、压力8
‑
12MPa的条件下热压促进交联，自然冷却至室温后脱模，得到目标弹性体(即本专利技术所述的聚硅氧烷弹性体材料)。
[0019]在步骤3中，热压时间为30
‑
120min。
[0020]在步骤3中，模具尺寸为100
×
100
×
2mm3。
[0021]采用本专利技术的技术方案能够提高聚硅氧烷弹性体的力学性能，先将氨基封端的聚硅氧烷(PDMS)与异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应得到聚硅氧烷长链，同时在材料中引入了氢键作为牺牲键增强力学性能；然后利用动态硅醚键在材料内部形成动态交联网络，制备具有良好的力学性能、热稳定性和可再加工性能的聚硅氧烷弹性体材料。
附图说明
[0022]图1为本专利技术中原料异佛尔酮二异氰酸酯、氨丙基封端聚二甲基硅氧烷、N,N'
‑
双[3
‑
(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺和实施例1产品的红外光谱谱图。
[0023]图2为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的红外光谱谱图。
[0024]图3为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1在四氢呋喃中的溶解实验结果示意图。
[0025]图4为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1的单轴拉伸曲线图。
[0026]图5为本专利技术实施例3初始与回收不同次数后的单轴拉伸曲线图。
[0027]图6为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3、实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，将聚硅氧烷均匀分散在溶剂中，在惰性保护气氛下依次加入二异氰酸酯、扩链剂和改性剂并进行充分反应，聚硅氧烷用量为100重量份，二异氰酸酯用量为20
‑
30重量份，扩链剂用量为1
‑
5重量份，改性剂为0.5
‑
3重量份；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或者赖氨酸二异氰酸酯中的一种；扩链剂为3,3'
‑
(1,1,3,3
‑
四甲基
‑
1,3
‑
二硅氧基)双(1
‑
丙胺)、1,4
‑
乙二胺、1，6
‑
己二胺或者1,4
‑
丁二醇中的一种；改性剂为2
‑
氨基乙醇、3
‑
氨基
‑
1,2
‑
丙二醇、2
‑
氨基
‑
1,3
‑
丙二醇中的一种；惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的一种；步骤2，向步骤1得到的混合溶液中滴加交联剂，分散均匀后倒入模具中，除去溶剂后，得到未固化产物，后将温度升至140
‑
180℃保温5
‑
10h，随后自然冷却到室温，得到交联产物；交联剂用量为0.1
‑
3重量份；交联剂为四甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或者N,N'
‑
双[3
‑
(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺；步骤3，将步骤2所得的交联产物装入模具，在温度为140
‑
180℃、压力8
‑
12MPa的条件下热压促进交联，自然冷却至室温后脱模，得到目标弹性体(即本发明所述的聚硅氧烷弹性体材料)。2.根据权利要求1所述的一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体，其特征在于，在步骤1中，聚硅氧烷用量为100重量份，二异氰酸酯用量为25
‑
30重量份，扩链剂用量为1
‑
3重量份，改性剂为1
‑
3重量份。3.根据权利要求1所述的一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体，其特征在于，在步骤1中，聚硅氧烷为氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷(APDMS)，二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，扩链剂为3,3'
‑
(1,1,3,3
‑
四甲基
‑
1,3
‑
二硅氧基)双(1
‑
丙胺)，改性剂为3
‑
氨基
‑
1,2
‑
丙二醇；采用搅拌进行每一次添加的均匀分散和反应，搅拌速度为每分钟100
‑
500转，搅拌时间为1—24h。4.根据权利要求1所述的一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体，其特征在于，在步骤2中，采用搅拌进行均匀分散，搅拌速度为每分钟100
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500转，搅拌时间为2—6小时；交联剂为N,N'
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双[3
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(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺；混合溶液倒入模具中，置于60
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80℃真空烘箱中16
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24h以除去溶剂，得到未固化产物；选择在惰性保护气氛下进行反应，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气中的一种，优选为氮气。5.根据权利要求1所述的一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体，其特征在于，在步骤3中，热压时间为30
‑
120min，模具尺寸为100
×
100
×
2mm3。6.一种基于硅醚键的高性能聚硅氧烷弹性体...

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