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技術科普：如何用溶劑熱固化方法改性二甲基矽氧烷橡膠

文章出處：廣東冈本影视科技有限公司人氣：-發表時間：2021-04-09

矽橡膠製品具有優良的耐高、低溫性能，電絕緣性、耐氣候老化性（xìng），透氣性好等特點，在電子、醫療、日用品等行業廣泛應用（yòng）。然而，目前所報告的（de）對矽橡膠的改性大多側重於矽（guī）橡膠化學成分的變化，包括分子鏈的設計，引入（rù）其他組分以及（jí）填充顆粒等方法。通（tōng）過這些改進能夠（gòu）對矽膠的（de）拉伸性，模量，親疏水性能進行調控。

這種添（tiān）加額外組分的方（fāng）法（fǎ），在增強矽膠性能和拓展其應用的同時，也（yě）有（yǒu）可能會限製了這類改（gǎi）性矽膠在原有領域的應用（yòng）。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（dà）的影響。

如何在不改變矽膠組分（fèn）以及分子鏈網絡本身的前提下，去可控的改性矽橡膠的組分，仍（réng）然（rán）是一項（xiàng）重要挑戰。

近日，中科大俞書宏院士報道（dào）了通過在固化過程（chéng）中引入溶劑，展（zhǎn）示了一種新穎、簡便、低成本的聚二甲基矽氧烷橡膠（PDMS）性能改性方法。

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

水熱溶劑熱法合成超柔高彈（dàn）PDMS的機理展示

（1）水熱溶劑熱法製備超柔高彈PDMS (S-H-PDMS)

作者選擇了一種（zhǒng）商業的高分子（zǐ）量端基乙烯基聚（jù）二甲基（jī）矽氧烷作為PDMS的預聚體。將（jiāng）預聚物按指定比（bǐ）例（lì）混合，並加入矽氧烷的良溶劑分散（這裏選用的是正己（jǐ）烷），充分攪拌均勻後放入特氟龍容器中，在120℃下反（fǎn）應（yīng）2h，得到與加入（rù）的（de）混合溶液體積一樣的透（tòu）明PDMS油（yóu）凝膠。與常見（jiàn）溶脹狀態下的水凝膠類似，這種油凝膠表現出透明、柔軟、以及較好（hǎo）彈性性能。

隨後，作者將凝膠（jiāo）在正己烷中長時間浸泡（pào），反複多次去除裏（lǐ）麵可能含有的未反應的單體，然後置於室溫幹燥揮發去（qù）除裏麵溶（róng）劑後，凝膠（jiāo）樣塊會（huì）隨著正己烷在空氣中（zhōng）揮發而收縮，最終等比例縮小，得到了溶劑熱固化的PDMS高彈矽膠（jiāo）（S-H-PDMS）。

對比發現，在正己烷中多（duō）次浸泡去除多餘單體並幹燥後，S-H-PDMS的密度和外（wài）觀與（yǔ）正常固化的PDMS （N-H-PDMS）幾（jǐ）乎相同。紅外表征（zhēng）顯示，其內部分子官能（néng）團也未發生明顯變化，但是其力學性能卻得到了極大的改進。

S-H-PDMS的合成（chéng）方法及樣品性能

（a）S-H-PDMS的合成方法簡圖。

（b）溶脹狀態S-H-PDMS的照片（piàn）。

（c）幹燥之後的S-H-PDMS的照（zhào）片（piàn）。

（d）普通方法（fǎ）固化的高分子量（liàng）PDMS的照片。

（e）溶劑（jì）熱法（fǎ）固化的高分子量PDMS的照（zhào）片。兩者具（jù）有幾（jǐ）乎相同的透明度。

（f）兩種合成方法得到的PDMS紅外（wài）表征圖（tú）譜，其內部官能團基本未（wèi）發生變化。

（g）相較於傳統的PDMS材料，S-H-PDMS表現出超柔高彈的性能。

（2）通過（guò）簡（jiǎn）單的溶（róng）劑（jì）比例調控方法可控合成不同力（lì）學性能的矽彈性（xìng）體

在水熱溶劑熱合成方法中，作者可以通（tōng）過調控矽氧烷良溶劑的比例來可控製備出具有不同拉（lā）伸性能（néng）以及強度的（de）PDMS。當溶劑添加量增多時（shí），其矽彈性體的交聯度越低，拉伸性能越好，彈（dàn）性模量（liàng）也（yě）越低。這種簡單的調（diào）控策略可（kě）以非常高（gāo）的滿足諸多不同場合所對矽彈性體的性（xìng）能要求。

不同溶劑比例合成的矽彈性體性能測試

（a）不（bú）同配比下，矽彈性體形貌變化照片（piàn）。

（b）隨著（zhe）溶劑比例的（de）增高，矽彈性體力學性能變化曲線。

（c）20：1溶劑（jì）配比下矽彈（dàn）性體的超高拉伸（shēn）性能圖片。

（d）不同溶劑配比下矽彈性體強度變化。

（e）溶劑比例的變化對PDMS交（jiāo）聯度的影響柱（zhù）狀圖。

（3）較好的黏附以及溶脹性能讓這種方法合（hé）成的PDMS應用領域更為廣闊

當溶劑添加量到10：1以上（shàng）時，PDMS還能表現出優異的黏性以及（jí）超（chāo）高的吸油溶（róng）脹性能，從而讓這種材料在人造皮膚，傳（chuán）感器以及海麵浮油收集領域有著非常好的（de）應用潛力。基於此（cǐ），作者還製備出了一款高靈敏度的有機（jī）溶劑傳感器（qì），對不同（tóng）極性的有機溶劑有著非常好的區分性能。