[發明專利]一種基于POSS補強及交聯的硅橡膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201710840581.3
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107722281B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 劉月濤;孫佳文;朱丹;高傳慧;王傳興;武玉民
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08G77/44
• 分類號: C08G77/44
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種基于POSS補強與交聯的硅橡膠及其制備方法，具體以含乙烯基的環碳酸酯與籠形八聚(巰丙基)倍半硅氧烷(SH?POSS)通過巰?烯反應合成環碳酸酯改性POSS作為補強填料，α,ω?氨烴基聚硅氧烷為基膠，利用POSS上的環碳酸酯基團與基膠中的氨基進行反應，形成交聯固化中心，制備室溫或高溫硫化硅橡膠。本發明避免了傳統補強過程中無機粒子易團聚和有機/無機兩相界面作用力弱的問題，避免了硫化過程中催化劑的使用所帶來的問題，簡化了硅橡膠制備工藝，生產工藝和產品本身安全、節能環保、實用性強、易于推廣，在航天航空、電子電氣、輕工、化工、紡織、機械、建筑、交通、國防、能源、醫藥醫療、農業等領域具有巨大的應用潛力。

技術領域

本發明屬于有機硅高分子技術領域，特別涉及一種基于POSS交聯及補強的硅橡膠及其制備方法。

背景技術

硅橡膠是最重要的有機硅產品之一。由于有機硅高分子獨特的結構，使硅橡膠具有一些不同于有機橡膠的獨特性質，如耐高、低溫性、耐候性、耐臭氧性和電氣絕緣性等，因而在航天航空、電子電氣、輕工、化工、紡織、機械、建筑、交通、國防、能源、醫藥醫療、農業等領域具有巨大的應用潛力。

由于主鏈間分子作用力弱，所以硅橡膠的制備必須要進行補強與硫化。常用的補強填料一般為無機填料，如納米二氧化硅、短纖維、碳納米管或者納米碳酸鈣等；而硫化分為室溫硫化與高溫硫化，前者一般需要有機錫類或者鉑催化劑，后者一般需用過氧化物催化劑。因此，硅橡膠的制備過程繁瑣，加工過程費時耗力，無機粒子的團聚和有機/無機兩相界面結合力弱、催化劑毒性或者易失活、催化劑殘留都會影響硅橡膠產品的應用領域及性能。

籠型聚倍半硅氧烷(POSS)，作為一類具有立體規整結構同時具有單納米尺度的有機-無機雜化分子，是新發展起來的一種高性能有機無機雜化材料。以POSS為補強填料，其與硅氧烷鏈通過化學鍵結合，不存在無機粒子的團聚和有機/無機兩相界面結合力弱的問題，可明顯改善材料的耐溫性、提高材料力學性能、改善材料的加工性能及阻燃性能等；另外，將POSS進行功能化作為交聯固化中心，可進一步改善材料的性能。

中國專利CN 103113592A公開了一種多官能POSS改性硅橡膠的方法，通過化學共聚分別將含有單/雙/三/四個活性官能團的POSS引入到聚硅氧烷分子鏈中，得到POSS作為懸垂基團、嵌段和交聯點的POSS改性硅橡膠。但其硫化過程中需要使用鉑催化劑，有機/無機兩相界面作用力弱。

發明內容

為克服上述不足，本發明提供一種基于POSS補強與交聯的硅橡膠及其制備方法。首先采用含乙烯基的環碳酸酯與籠形八聚(巰丙基)倍半硅氧烷(SH-POSS)通過巰-烯反應合成環碳酸酯改性POSS。以α,ω-氨烴基聚硅氧烷為基膠，環碳酸酯改性POSS為補強填料，同時利用POSS上的環碳酸酯基團與基膠中的氨基進行反應，形成交聯固化中心，制備室溫或高溫硫化硅橡膠。本發明避免了傳統補強過程中無機粒子易團聚和有機/無機兩相界面作用力弱的問題，避免了硫化過程中催化劑的使用所帶來的問題，簡化了硅橡膠制備工藝，生產工藝和產品本身安全、節能環保、實用性強、易于推廣。

為實現上述目的，本發明采用如下方案：

一種基于POSS補強與交聯的硅橡膠的制備方法，包括：

以α,ω-氨烴基聚硅氧烷為基膠、環碳酸酯改性POSS為補強填料，共聚，制得室溫或高溫硫化硅橡膠；

所述環碳酸酯改性POSS采用含乙烯基的環碳酸酯與SH-POSS通過巰-烯反應合成。

為了避免鉑催化劑的使用、提高POSS改性硅橡膠的強度，本發明試圖為POSS與硅氧烷鏈提供一種新的連接鍵，以避免鉑催化劑的使用。研究中偶然發現：端氨基聚硅氧烷與含乙烯基的環碳酸酯改性POSS可直接反應(無需鉑催化劑)形成交聯固化中心，同時，環碳酸酯側鏈的乙烯基又能參與硅氫加成反應，進一步提高硅氧烷的強度、抗老化性能。

優選的，所述環碳酸酯改性POSS的結構式為：