具有双连续结构的聚硅氧烷—聚脲/聚醚—聚脲共混体系的制备及性能研究

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本文以氯甲基二甲基氯硅烷为起始原料,通过水解缩合制备了 α,ω-双(氯甲基)二硅氧烷,在碱性条件下分别与带有羟基、氨基、巯基的化合物进行亲核取代,制备了一系列含杂原子羟烃基二硅氧烷的化合物,图谱表征证明了化合物的成功制备,可以用于聚氨酯、聚酯的制备,具有广阔应用前景。以八甲基环四硅氧烷(D4)和α,ω-双(胺丙基)二硅氧烷为原料,在氢氧化钾(KOH)催化剂和二甲基亚砜(DMSO)促进剂的作用下制备了端胺丙基聚二甲基硅氧烷(APDMS)。以APDMS和端胺基聚醚(PPO)为软段,4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)为异氰酸酯化合物,2-甲基-1,5-二胺基戊烷(DY)为扩链剂,采用预聚法分别制备了聚硅氧烷-聚脲(APDMS-PUA)和聚醚-聚脲(PPO-PUA)两种聚脲弹性体,作为共混体系的两个组分。设计制备了两种不同结构的相容剂。其中,相容剂主链为聚硅氧烷-聚脲,通过在扩链过程中引入同时含有羟基和氨基的化合物,制备了端基或侧基带羟基的主链;相容剂支链为聚醚-聚脲,通过控制体系异氰酸酯和氨基比例,扩链过程中加入戊胺,制备了单端异氰酸酯基的不同分子量聚醚-聚脲支链。在催化剂异辛酸亚锡作用下主链和支链化合物的羟基和异氰酸酯基反应,得到支化型和接枝型两种不同结构的相容剂。通过傅里叶红外转换光谱(FTIR)检测反应过程官能团的变化,证明了聚脲及相容剂的成功制备。以支化型相容剂对聚硅氧烷-聚脲/聚醚-聚脲(APDMS-PUA/PPO-PUA)共混体系增容,通过扫描电镜(SEM)、小角散射(SAXS)表征了弹性体的微观结构,结果表明相容剂的加入缓和了共混物的微相分离,一定范围内相容剂分子量、支链数目和浓度的增加有利于高粘度PPO-PUA相由分散相向连续相结构的转变。力学性能测试表明,特殊的双连续结构赋予了材料优异的机械性能,拉伸强度可达20.31MPa,高于两种组分的强度之和,体现出协同效应。热重分析(TGA)和动态热分析(DMA)表明材料具有优异的耐高低温性和储能特性。以接枝型相容剂对APDMS-PUA/PPO-PUA体系增容,制备了具有双连续相结构的共混弹性体。通过调整相容剂的分子结构,探究了相容剂接枝率、分子量以及两相组分比、硬段含量等条件对共混体系的影响。原子力显微镜(AFM)、SEM和SAXS分析表明材料具有良好的双连续相结构,硬段尺寸小,分布更加均匀,并且在相界面之间呈带状分布,这种微相结构对材料的力学性能产生了积极影响。热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)和动态热分析(DMA)表明材料同时具备APDMS-PUA和PPO-PUA各自的玻璃化转变温度,5%热失重温度稳定在315℃以上。力学性能分析表明,具有双连续相结构的材料平均拉伸强度高于19MPa,断裂伸长率最高可达1120%,撕裂强度达到APDMS-PUA的2-3倍,但复杂的多相结构使得材料的扯断永久变形有所增加。
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