技術科（kē）普：如何用溶劑熱固化方法改性二甲基矽氧烷橡（xiàng）膠

發表時間（jiān）：2021-04-09

矽橡膠製品具有（yǒu）優良的耐高、低溫性能，電絕緣性、耐氣候老化（huà）性，透氣性好等特點，在電子、醫療、日用品等（děng）行業（yè）廣泛應（yīng）用。然而（ér），目前所報告的對矽橡膠的（de）改性大多側重於矽橡膠化學成分的變化，包括（kuò）分子（zǐ）鏈的設計，引入其他（tā）組分以及填（tián）充（chōng）顆粒等方（fāng）法。通（tōng）過這些改進能（néng）夠對矽膠的拉伸（shēn）性，模（mó）量，親疏水性（xìng）能進行調控（kòng）。

這種添（tiān）加額外組分的方法，在增強矽膠性（xìng）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（lǐng）域（yù）的應用。成本增加、合成工藝改變、成分不同以及（jí）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（zǐ）鏈網絡本身的前提（tí）下，去可控（kòng）的改性矽橡膠的組分，仍然是一項重要挑戰。

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

在不（bú）改變矽（guī）氧（yǎng）烷分子鏈和聚合原料的情況下，僅利（lì）用溶劑以及水熱限（xiàn）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（yǎng）烷拉伸性、柔軟（ruǎn）性和粘（zhān）性等（děng）性（xìng）能的可控改性。

水熱（rè）溶劑熱法（fǎ）合（hé）成超柔高彈PDMS的（de）機理展示

（1）水熱溶（róng）劑（jì）熱法（fǎ）製（zhì）備（bèi）超柔高彈PDMS (S-H-PDMS)

作者選擇了一種（zhǒng）商業的高分（fèn）子量端基乙（yǐ）烯基聚二甲（jiǎ）基矽氧烷（wán）作為PDMS的預聚體。將預聚物按指定比例混合，並加入矽（guī）氧（yǎng）烷的良溶劑分散（這裏選（xuǎn）用的是正己烷（wán）），充分攪拌均勻（yún）後放入特氟龍容器中，在120℃下反應2h，得到與加入（rù）的（de）混合溶液體積一樣的透明PDMS油凝（níng）膠。與（yǔ）常見溶脹狀態下的水凝（níng）膠類似，這種油凝膠表（biǎo）現出透明、柔（róu）軟、以及較好彈性性能。

隨後，作者將凝膠在正（zhèng）己烷中長時間浸泡，反複多（duō）次去除裏（lǐ）麵可能含有的未反應的單體（tǐ），然後置於室溫（wēn）幹燥（zào）揮發去除裏麵溶劑後，凝膠樣塊會隨著正己烷在空氣中揮發而收縮（suō），最終等比例縮小（xiǎo），得到了溶劑熱（rè）固化（huà）的PDMS高彈矽膠（S-H-PDMS）。

對比（bǐ）發現，在正己烷中多次浸（jìn）泡去除多餘單體（tǐ）並幹燥後，S-H-PDMS的（de）密度（dù）和（hé）外觀與正常固化的PDMS （N-H-PDMS）幾乎相同。紅外表（biǎo）征（zhēng）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（néng）卻得到了極（jí）大的改進。

S-H-PDMS的合成方法及樣（yàng）品性能（néng）

（a）S-H-PDMS的合（hé）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（fǎ）固化的高分子量PDMS的照片。

（e）溶劑熱（rè）法固化的高（gāo）分子量PDMS的照（zhào）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（biàn）化（huà）。

（g）相較於傳（chuán）統的PDMS材料（liào），S-H-PDMS表現出超柔（róu）高彈的性（xìng）能。

（2）通（tōng）過簡單的溶劑比例調控方法可控（kòng）合成不同力學性能的矽彈性體

在水熱溶（róng）劑熱合成（chéng）方（fāng）法中，作者可以通過調控矽氧烷（wán）良溶劑的（de）比例來可控（kòng）製備出具（jù）有不同拉伸性能以及強度的PDMS。當溶劑添加量增多時，其矽彈性體的交（jiāo）聯（lián）度越（yuè）低，拉伸性能越好，彈（dàn）性模量也越低。這種簡單的調控策略可以（yǐ）非常高的滿足諸多不同場合所對矽彈性體的性能要求。

不同溶劑比例合成的矽彈性（xìng）體性能測試

（a）不同配（pèi）比下（xià），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（néng）變化（huà）曲線。

（c）20：1溶劑配比下矽彈性體的（de）超高（gāo）拉伸性能圖（tú）片。

（d）不同（tóng）溶劑配比下矽彈（dàn）性體強度變化。

（e）溶劑（jì）比例的變化對PDMS交聯度的（de）影響柱狀圖（tú）。

（3）較好的黏附以及溶脹性能讓這（zhè）種方法合成的PDMS應用（yòng）領域（yù）更為廣闊

當溶劑添加量到10：1以上時，PDMS還能表現出優異的黏性以及超高的吸油（yóu）溶脹性（xìng）能，從而讓這種材料（liào）在人造皮膚（fū），傳感器以及海麵浮油收集領域有著非常好的應用潛力。基於此，作者（zhě）還（hái）製備（bèi）出了一款高靈敏度的有機溶劑傳（chuán）感器，對不同極性的有機溶劑有著非常好的區分性能。