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技术科普:如何用溶剂热固化方法改性二甲基硅氧烷橡胶

文章出处:广东帝博科技有限公司(si) 人气:-发表时间:2021-04-09

硅(gui)橡胶制品具有优良(liang)的(de)(de)耐高、低温(wen)性(xing)(xing)能(neng)(neng),电(dian)绝缘性(xing)(xing)、耐气(qi)候老化性(xing)(xing),透气(qi)性(xing)(xing)好等(deng)特点,在电(dian)子、医疗、日用(yong)品等(deng)行业广泛应用(yong)。然而,目前所报告(gao)的(de)(de)对硅橡胶的(de)(de)改性(xing)(xing)大多侧重于(yu)硅橡胶化学(xue)成(cheng)分的(de)(de)变(bian)化,包括(kuo)分子链的(de)(de)设计,引入其他组分以及填充颗粒等(deng)方法。通过这些改进能(neng)(neng)够对的(de)(de)拉伸性(xing)(xing),模(mo)量(liang),亲疏水性(xing)(xing)能(neng)(neng)进行调控。

 

这种添加额外组分的方法,在增强硅胶性能和拓展其应用的同时,也有可能会限制了这类改性硅胶在原有领域的应用。成本增加、合成工艺改变、成分不同以及化学性质的改变等等问题,都会对最终应用产生较大的影响。

 

如何(he)在不改(gai)变硅(gui)胶组分(fen)以(yi)及分(fen)子链(lian)网络本身的(de)前提(ti)下,去可(ke)控的(de)改性(xing)硅(gui)橡(xiang)胶的(de)组分(fen),仍然是(shi)一项(xiang)重要挑战。

 

近日,中科大俞书宏院士报道了通过(guo)在固(gu)化过(guo)程中引(yin)入溶(rong)剂,展示了一(yi)种新颖、简便、低成(cheng)本的聚二甲基硅氧烷(wan)橡(xiang)胶(PDMS)性能改性方(fang)法

 

在(zai)不改变硅氧(yang)烷(wan)分子链(lian)和聚合(he)原料的情(qing)况(kuang)下(xia),仅(jin)利用溶剂以及(ji)水热限域合(he)成(cheng)的固化策略来(lai)控(kong)制硅氧(yang)烷(wan)聚合(he)网络结(jie)构(gou),即可(ke)实(shi)现对硅氧(yang)烷(wan)拉伸性(xing)、柔软(ruan)性(xing)和粘(zhan)性(xing)等性(xing)能(neng)的可(ke)控(kong)改性(xing)


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水热溶(rong)剂(ji)热法(fa)合成超柔(rou)高弹PDMS的(de)机(ji)理展示

 

(1)水(shui)热(re)溶剂热(re)法制备超(chao)柔高弹PDMS (S-H-PDMS)

作者选(xuan)择了一种商业(ye)的高分子量端基乙(yi)烯基聚二(er)甲(jia)基硅氧(yang)烷作为PDMS的预(yu)聚体(ti)。将(jiang)预(yu)聚物(wu)按(an)指定(ding)比例(li)混合(he),并加入(ru)硅氧(yang)烷的良溶(rong)剂(ji)分散(这里选(xuan)用的是正己烷),充分搅拌均匀后放入(ru)特氟(fu)龙容器中(zhong),在120℃下(xia)反应2h,得(de)到与(yu)(yu)加入(ru)的混合(he)溶(rong)液体(ti)积一样的透(tou)明(ming)PDMS油凝胶(jiao)。与(yu)(yu)常见溶(rong)胀状(zhuang)态下(xia)的水凝胶(jiao)类(lei)似,这种油凝胶(jiao)表现出透(tou)明(ming)、柔软、以及较(jiao)好弹性(xing)性(xing)能。

 

随后,作者将凝胶(jiao)在(zai)正己烷中(zhong)长时间浸泡,反复多次去除(chu)里面(mian)可能(neng)含有的(de)未(wei)反应的(de)单体(ti),然后置(zhi)于室温干(gan)燥挥发去除(chu)里面(mian)溶剂(ji)后,凝胶(jiao)样块会(hui)随着正己烷在(zai)空气中(zhong)挥发而收缩,最(zui)终等(deng)比例缩小,得到了溶剂(ji)热固化的(de)PDMS高弹(dan) (S-H-PDMS)。

 

对比发(fa)现,在正己烷(wan)中(zhong)多次浸泡去(qu)除多余单体并干(gan)燥后,S-H-PDMS的(de)密(mi)度(du)和外观与正常固化的(de)PDMS (N-H-PDMS)几乎相同(tong)。红外表征显示其内部分子(zi)官能团也未发生明显变(bian)化,但(dan)是其力学性能却得到了(le)极大的改进。

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S-H-PDMS的合(he)成(cheng)方法及样品性能

(a)S-H-PDMS的合成方法(fa)简图。

(b)溶胀状(zhuang)态(tai)S-H-PDMS的照片。

(c)干燥之(zhi)后的S-H-PDMS的照片。

(d)普通方法固化的高分子量(liang)PDMS的照片(pian)。

(e)溶剂热(re)法(fa)固化的(de)高分(fen)子(zi)量PDMS的(de)照(zhao)片。两者(zhe)具有几乎相同的(de)透明度。

(f)两种合成方法得到的PDMS红外表征图谱,其内部官能(neng)团基(ji)本(ben)未发生变化。

(g)相较于传统的PDMS材(cai)料(liao),S-H-PDMS表(biao)现出超柔高(gao)弹(dan)的性能。

 

(2)通过(guo)简单的溶剂(ji)比例调控方法可控合成(cheng)不同(tong)力学(xue)性能(neng)的硅弹性体

在(zai)水热溶(rong)剂(ji)热合(he)成方法中,作者可以通过调控硅氧(yang)烷(wan)良溶(rong)剂(ji)的(de)比(bi)例来(lai)可控制备(bei)出具有不同拉伸(shen)性(xing)能以及强度的(de)PDMS。当溶(rong)剂(ji)添加量增多(duo)时,其(qi)硅弹性(xing)体的(de)交(jiao)联度越低,拉伸(shen)性(xing)能越好,弹性(xing)模量也(ye)越低。这(zhei)种简(jian)单的(de)调控策略可以非常高的(de)满足诸多(duo)不同场合(he)所(suo)对硅弹性(xing)体的(de)性(xing)能要求。

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不同溶剂比(bi)例合(he)成的硅(gui)弹性体性能(neng)测(ce)试

(a)不同(tong)配比下,硅弹性(xing)体(ti)形貌变化照片(pian)。

(b)随着溶剂比(bi)例(li)的增高,硅弹性体力学(xue)性能变化(hua)曲线(xian)。

(c)20:1溶剂配比下(xia)硅弹性(xing)体的(de)超高(gao)拉伸性(xing)能图(tu)片。

(d)不(bu)同溶剂配比下硅弹(dan)性体强度变(bian)化。

(e)溶剂比例的变化对PDMS交联度的影响柱(zhu)状图(tu)。

 

(3)较好的黏附以及溶胀性能让这种方法合(he)成的PDMS应用领域更为广阔

当溶(rong)剂添加量到10:1以(yi)上时(shi),PDMS还能表现出优异的(de)黏性(xing)以(yi)及超高的(de)吸油溶(rong)胀(zhang)性(xing)能,从而让这种材(cai)料(liao)在人造皮肤(fu),传感(gan)器(qi)以(yi)及海面浮油收集领域有着非常好的(de)应用潜力。基(ji)于此(ci),作者(zhe)还制备出了一款高灵敏度的(de)有机溶(rong)剂传感(gan)器(qi),对不(bu)同极性(xing)的(de)有机溶(rong)剂有着非常好的(de)区分性(xing)能。

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T-H-PDMS的黏附于(yu)溶胀性能测试(shi)

(a-c)S-H-PDMS与不同材料界面黏附性(xing)能测试。

(d-e)S-H-PDMS对(dui)不同有机溶(rong)剂的溶(rong)胀性能测试(shi)。

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基(ji)于S-H-PDMS的有(you)机溶剂(ji)电信号传(chuan)感器表征于测试

(a)传感(gan)器外观及导电性能测(ce)试(shi)。

(b)传感器表面SEM图。

(c-d)传感器(qi)对(dui)不同极性有(you)机(ji)溶剂响应性能测(ce)试曲线。


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此文关键词:硅胶,硅橡胶,硅胶制品,硅橡胶制品

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