环氧改性聚二甲基硅氧烷的合成及其性能研究

摘要

聚硅氧烷具有很多优异的物化性能，如耐高低温、耐辐射、耐氧化性、高透气性、耐候性、憎水性以及生理惰性等，现已在众多领域中得到广泛的应用。在聚硅氧烷中引入环氧基、氨基、羧基等有机基团可赋予其新的功能和性质。其中，氨基修饰改性聚硅氧烷应用研究较为广泛，通过在聚硅氧烷的侧链或链端引入氨基，可改善聚硅氧烷的表面活性和反应性。硅橡胶是聚硅氧烷应用的产品之一。由于硅橡胶的阻尼性能低，通常采用化学和物理改性来提高硅橡胶的阻尼系数tanδ以扩大其应用范围。
　　 本论文主要通过单官能环氧化试剂来改性接枝侧链氨基聚硅氧烷，并实现改性接枝聚硅氧烷的侧链含量的可控，研究其固化后形成的硅橡胶力学阻尼性能与环氧接枝侧链含量、结构以及基胶分子量的关系。
　　 通过无规/嵌段共聚本体聚合和二步水降解封端的方法，合成了侧链含氨基的端羟基聚硅氧烷。探讨并得到了其最佳合成工艺的条件：聚合温度110℃、催化剂用量0.4‰、聚合时间大于3h(0.06MPa)、封端降解水浓度可采用0.01g/ml，用量大于0.3ml。通过控制封端降解水溶液的用量和不同的原料配比合成了氨基甲基硅氧链节百分含量为1.55％、5％、11％、13.86％、18.46％的不同分子量的侧链氨基的端羟基聚硅氧烷，研究发现，不同氨基含量的氨基聚硅氧烷的溶解性在其链节含量为11％时发生突变，溶于无水甲醇。
　　 研究了80℃下，5种不同单官能环氧结构的缩水甘油醚660、692、AGE、NC-513、GMA与上述不同氨基含量和分子量的侧链氨基聚硅氧烷的改性接枝反应程度和现象，发现在有溶剂体系的反应中，660、692、NC-513、AGE、GMA接枝反应生成的聚合物均为轻度交联的凝胶。在无溶剂体系的反应中，660、692、AGE与侧链含氨基的聚硅氧烷反应时均形成粘度较大的聚合物，不为凝胶型聚合物；NC-513改性侧链氨基聚硅氧烷生成的聚合物为凝胶型聚合物；GMA与侧链氨基聚硅氧烷反应生成化学交联的固体弹性聚合物。
　　 在固化工艺为15％HB-615SiO2、10％交联剂、2％催化剂的情况下，研究了660、692、AGE改性接枝侧链氨基聚硅氧烷固化形成硅橡胶的力学性能随基胶分子量、接枝侧链含量及结构的影响，发现适宜的分子量的基胶能提高硅橡胶的力学性能；环氧改性侧链含量增大，力学强度降低。侧链为660、692改性接枝的聚硅氧烷具有较好的力学性能，拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度分别为：0.82MPa、252.7％、1.99KN/m；1.43MPa、317.6％、3.58KN/m。在阻尼性能方面，660、692、AGE改性接枝氨基聚硅氧烷降低了硅橡胶的Tg，增大了硅橡胶的阻尼系数，提高了硅橡胶的阻尼性能，其阻尼值可分别达到：0.6553，0.5155，0.2608；且侧链含量高的环氧改性硅橡胶的阻尼值大。
　　 采用场发射扫描电镜对环氧改性接枝硅橡胶的拉伸断面形貌观测，得到了二氧化硅填料粒子纳米级均匀分布的填充结构。环氧改性接枝侧链氨基聚硅氧烷形成的C-OH增大了二氧化硅与聚硅氧烷的相容性。故采用合适的固化工艺条件，选择适宜分子量的基胶，可以使得纳米二氧化硅填料在硅橡胶中呈现均一的纳米粒子分布。得到了阻尼性能优良的环氧改性硅橡胶。