技術科普：如何用溶劑熱（rè）固化方法改性二甲基矽氧烷橡（xiàng）膠

發表（biǎo）時間：2021-04-09

矽橡膠製品具有優良（liáng）的耐高、低溫性能，電絕緣性、耐氣候老化性，透氣性好（hǎo）等特點，在電子、醫療、日用品等行業廣泛（fàn）應（yīng）用。然而，目前所（suǒ）報告的（de）對矽橡膠的改性大多側重於矽橡膠化學成分的變化，包括分（fèn）子鏈的設計（jì），引入其他（tā）組分以及填充顆粒（lì）等方法。通過這些（xiē）改進能夠對矽膠的拉伸性，模量（liàng），親疏水性能進行調控。

這種添加額外組（zǔ）分的方法，在增強矽（guī）膠性能和拓展其應用的同時，也有（yǒu）可能會限製（zhì）了這類（lèi）改性矽膠在原有領域的應用。成本增加、合成工藝改變、成分不同以及化學性質的改變等等問題，都會對最終應用產生較大的影響。

如何在不改變矽膠組分以及分子鏈網絡本身（shēn）的前提下，去（qù）可控的改（gǎi）性矽橡膠（jiāo）的組分，仍然是（shì）一項重要挑（tiāo）戰（zhàn）。

近日，中科大（dà）俞書宏院士報道了通過在固（gù）化（huà）過程中引入溶劑，展示了一種新（xīn）穎、簡便、低成本的聚二甲基矽氧烷橡（xiàng）膠（PDMS）性能改性方法。

在不改變矽氧烷分子鏈和聚合原料的情況下，僅（jǐn）利（lì）用溶劑以及水（shuǐ）熱限域合成（chéng）的固化策略來控製矽氧（yǎng）烷聚合網絡結構（gòu），即可實現對矽氧烷拉伸性（xìng）、柔軟性和粘性（xìng）等性能的可控改性。

水熱溶劑熱法合成超柔高彈PDMS的機（jī）理展示

（1）水熱溶劑熱法製備超柔高彈PDMS (S-H-PDMS)

作者選擇了一種商業的高分子量端基乙烯基聚（jù）二甲基矽（guī）氧（yǎng）烷作為PDMS的預聚體。將預聚物按指定比例混合，並加（jiā）入矽氧烷的良溶劑分散（這（zhè）裏選用的是正己烷），充分攪拌均勻後放入特氟龍（lóng）容器中，在120℃下反應2h，得到（dào）與加入的混合溶（róng）液體積一樣的透明（míng）PDMS油凝膠。與常見溶脹狀（zhuàng）態下的水凝膠類似，這種油凝膠表現出透明（míng）、柔軟、以及較好彈性性能。

隨（suí）後，作者將凝膠在正己烷中長時間浸泡，反複多次去除裏麵可能含有的未反應（yīng）的單體，然後置於室溫幹（gàn）燥揮（huī）發去除裏麵溶劑後，凝膠（jiāo）樣塊會隨著正己烷在空氣中揮發而收縮，最終等比（bǐ）例縮小，得到了溶劑熱固化的PDMS高彈矽膠（S-H-PDMS）。

對比發現，在正己烷中多次（cì）浸泡去除多餘單體並幹燥後（hòu），S-H-PDMS的密度和外觀與正常固化的PDMS （N-H-PDMS）幾乎相同。紅外表征顯示，其內部分子官能團（tuán）也未發生明顯變化，但是其力學性（xìng）能卻（què）得到了極（jí）大的改進。

S-H-PDMS的合成方法（fǎ）及（jí）樣品性能

（a）S-H-PDMS的合成方法簡圖。

（b）溶脹狀態S-H-PDMS的照片。

（c）幹燥之後的S-H-PDMS的照（zhào）片。

（d）普通方法固化的高分子量PDMS的（de）照片（piàn）。

（e）溶劑熱法固化的高分子量PDMS的照片。兩者具有幾乎相（xiàng）同的透明度。

（f）兩（liǎng）種合成方法得到的PDMS紅外表征（zhēng）圖譜，其內部官能團基本未發生變化。

（g）相較於傳統的PDMS材料，S-H-PDMS表現出超柔高彈的（de）性能。

（2）通過簡（jiǎn）單的溶劑（jì）比例調控方法可控合成不同（tóng）力學性能的矽彈性體

在水熱溶劑熱合成方法中，作者可（kě）以通（tōng）過調控矽氧烷良（liáng）溶劑的比例來（lái）可控製備出具有不（bú）同拉伸性能以及強（qiáng）度的PDMS。當溶劑添加量增多時，其矽彈性體的交聯度越低，拉伸性能越好，彈性模量也越低（dī）。這種簡單的調控策略可以非常高的滿足諸多不同場合所對矽彈性體的性能要求（qiú）。