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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:廣東帝博科技有限公司 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,透氣性好等特點,在電子、醫療、日ri用yong品pin等deng行xing業ye廣guang泛fan應ying用yong。然ran而er,目mu前qian所suo報bao告gao的de對dui矽gui橡xiang膠jiao的de改gai性xing大da多duo側ce重zhong於yu矽gui橡xiang膠jiao化hua學xue成cheng分fen的de變bian化hua,包bao括kuo分fen子zi鏈lian的de設she計ji,引yin入ru其qi他ta組zu分fen以yi及ji填tian充chong顆ke粒li等deng方fang法fa。通tong過guo這zhe些xie改gai進jin能neng夠gou對dui矽gui膠jiao的de拉la伸shen性xing,模mo量liang,親qin疏shu水shui性xing能neng進jin行xing調tiao控kong。

 

這種添加額外組分的方法,在增強矽膠性能和拓展其應用的同時,也有可能會限製了這類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的前提下,去可控的改性矽橡膠的組分,仍然是一項重要挑戰。

 

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

 

在(zai)不(bu)改(gai)變(bian)矽(gui)氧(yang)烷(wan)分(fen)子(zi)鏈(lian)和(he)聚(ju)合(he)原(yuan)料(liao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),僅(jin)利(li)用(yong)溶(rong)劑(ji)以(yi)及(ji)水(shui)熱(re)限(xian)域(yu)合(he)成(cheng)的(de)固(gu)化(hua)策(ce)略(lve)來(lai)控(kong)製(zhi)矽(gui)氧(yang)烷(wan)聚(ju)合(he)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou),即(ji)可(ke)實(shi)現(xian)對(dui)矽(gui)氧(yang)烷(wan)拉(la)伸(shen)性(xing)、柔軟性和粘性等性能的可控改性


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水熱溶劑熱法合成超柔高彈PDMS的機理展示

 

(1)水熱溶劑熱法製備超柔高彈PDMS (S-H-PDMS)

作者選擇了一種商業的高分子量端基乙烯基聚二甲基矽氧烷作為PDMS的預聚體。將預聚物按指定比例混合,並加入矽氧烷的良溶劑分散(這裏選用的是正己烷),充分攪拌均勻後放入特氟龍容器中,在120℃下反應2h,得到與加入的混合溶液體積一樣的透明PDMS油凝膠。與常見溶脹狀態下的水凝膠類似,這種油凝膠表現出透明、柔軟、以及較好彈性性能。

 

suihou,zuozhejiangningjiaozaizhengjiwanzhongchangshijianjinpao,fanfuduociquchulimiankenenghanyoudeweifanyingdedanti,ranhouzhiyushiwenganzaohuifaquchulimianrongjihou,ningjiaoyangkuaihuisuizhezhengjiwanzaikongqizhonghuifaershousuo,zuizhongdengbilisuoxiao,dedaolerongjireguhuadePDMS高彈矽膠 (S-H-PDMS)。

 

對比發現,在正己烷中多次浸泡去除多餘單體並幹燥後,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,其內部分子官能團也未發生明顯變化,但是其力學性能卻得到了極大的改進。

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S-H-PDMS的合成方法及樣品性能

(a)S-H-PDMS的合成方法簡圖。

(b)溶脹狀態S-H-PDMS的照片。

(c)幹燥之後的S-H-PDMS的照片。

(d)普通方法固化的高分子量PDMS的照片。

(e)溶劑熱法固化的高分子量PDMS的照片。兩者具有幾乎相同的透明度。

(f)兩種合成方法得到的PDMS紅外表征圖譜,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表現出超柔高彈的性能。

 

(2)通過簡單的溶劑比例調控方法可控合成不同力學性能的矽彈性體

在水熱溶劑熱合成方法中,作者可以通過調控矽氧烷良溶劑的比例來可控製備出具有不同拉伸性能以及強度的PDMS。當dang溶rong劑ji添tian加jia量liang增zeng多duo時shi,其qi矽gui彈dan性xing體ti的de交jiao聯lian度du越yue低di,拉la伸shen性xing能neng越yue好hao,彈dan性xing模mo量liang也ye越yue低di。這zhe種zhong簡jian單dan的de調tiao控kong策ce略lve可ke以yi非fei常chang高gao的de滿man足zu諸zhu多duo不bu同tong場chang合he所suo對dui矽gui彈dan性xing體ti的de性xing能neng要yao求qiu。

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不同溶劑比例合成的矽彈性體性能測試

(a)不同配比下,矽彈性體形貌變化照片。

(b)隨著溶劑比例的增高,矽彈性體力學性能變化曲線。

(c)20:1溶劑配比下矽彈性體的超高拉伸性能圖片。

(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交聯度的影響柱狀圖。

 

(3)較好的黏附以及溶脹性能讓這種方法合成的PDMS應用領域更為廣闊

當溶劑添加量到10:1以上時,PDMS還hai能neng表biao現xian出chu優you異yi的de黏nian性xing以yi及ji超chao高gao的de吸xi油you溶rong脹zhang性xing能neng,從cong而er讓rang這zhe種zhong材cai料liao在zai人ren造zao皮pi膚fu,傳chuan感gan器qi以yi及ji海hai麵mian浮fu油you收shou集ji領ling域yu有you著zhe非fei常chang好hao的de應ying用yong潛qian力li。基ji於yu此ci,作zuo者zhe還hai製zhi備bei出chu了le一yi款kuan高gao靈ling敏min度du的de有you機ji溶rong劑ji傳chuan感gan器qi,對dui不bu同tong極ji性xing的de有you機ji溶rong劑ji有you著zhe非fei常chang好hao的de區qu分fen性xing能neng。

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T-H-PDMS的黏附於溶脹性能測試

(a-c)S-H-PDMS與不同材料界麵黏附性能測試。

(d-e)S-H-PDMS對不同有機溶劑的溶脹性能測試。

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基於S-H-PDMS的有機溶劑電信號傳感器表征於測試

(a)傳感器外觀及導電性能測試。

(b)傳感器表麵SEM圖。

(c-d)傳感器對不同極性有機溶劑響應性能測試曲線。


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