松香改性室温硫化硅橡胶的制备及性能研究
室温硫化硅橡胶因其结构独特和性能优异在电子电器、建筑和医疗等领域获得了广泛应用。但因其分子链呈柔顺性导致硅橡胶机械力学性能较差，限制了应用范围的拓展。本研究以天然资源松香及其改性产品为原料制备松香基有机硅烷和松香接枝改性聚硅氧烷，并将其作为交联剂或基础聚合物将松香的刚性结构引入到硅橡胶中制备得到具有较高机械力学性能和热稳定性的松香改性室温硫化硅橡胶，同时还探讨了松香结构对改性硅橡胶性能的影响规律。 以松香为原料合成了松香改性氨丙基三乙氧基硅烷(RA)，以RA为交联剂制备松香改性室温硫化(RTV)硅橡胶，将松香氢化菲环结构引入到硅橡胶交联网络侧基结构中。通过万能试验机和热重分析仪等仪器对松香改性硅橡胶进行检测。结果表明，松香改性硅橡胶的机械力学性能和热稳定性显著提升，相比未改性硅橡胶，松香改性硅橡胶拉伸强度和断裂伸长率分别提升11％和84％;最大热失重速率温度延迟201℃;800℃残留率提高4.17％。但其机械力学强度依旧偏小，拉伸强度仅为0.51MPa，是因为硅橡胶交联密度偏低所致。 以RA和正硅酸乙酯(TEOS)复配为交联剂，恒定交联剂总活性基团（硅乙氧基）数量一致，制备不同RA含量改性硅橡胶SRRA。探讨RA改性硅橡胶结构对其机械力学性能和热稳定性等性能的影响。结果显示，与未改性硅橡胶相比，SRRA硅橡胶10％质量损失温度和最大热失重速率温度分别提高了76℃和253℃。此外，硅橡胶SRRA-3拉伸强度和断裂伸长率显著增加，分别达1.25 MPa和355％。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对硅橡胶形貌进行研究，结果显示RA在硅橡胶中倾向聚集，发生微相分离现象，但RA于硅橡胶中整体分布均匀。通过制备丁烷改性硅橡胶，将其与SRRA-3硅橡胶进行对比，验证硅橡胶中引入含氢化菲环结构的松香会增加硅橡胶交联密度和链段缠绕，对硅橡胶机械力学性能和热稳定性的提高起到关键作用。 以松香为原料合成了丙烯海松酸改性氨丙基三乙氧基硅烷(AA)。以AA和TEOS复配为交联剂，制备了丙烯海松酸改性硅橡胶SRAA，将松香氢化菲环结构引入到硅橡胶交联网络骨架结构中。结果显示，SRAA硅橡胶机械力学性能和热稳定性得到显著提升，10％质量损失温度和最大热失重速率温度分别为465℃和564℃。此外，硅橡胶SRAA-3的拉伸强度和断裂伸长率分别达1.45 MPa和283％。原因是通过化学法将含强刚性氢化菲环结构的松香引入到硅橡胶交联网络骨架结构中，硅橡胶分子链缠绕、交联密度增加和聚硅氧烷链段之间相互作用力提高。采用与AA具有相类似结构的商业化石油基产品-双酚A二缩水甘油醚为原料，合成双酚A改性硅橡胶SRDA-1，将其与硅橡胶SRAA-3进行对比。研究发现，SRAA-3硅橡胶比SRDA-1硅橡胶机械力学性能和热稳定性好，其中SRDA-1硅橡胶拉伸强度和断裂伸长率分别为1.05 MPa和280％。 以松香为原料制备了富马海松酸改性氨丙基三乙氧基硅烷(FA)。以FA和TEOS复配为交联剂，制备了富马海松酸改性硅橡胶（SRFA），将FA氢化菲环结构引入到硅橡胶交联网络骨架结构中。研究发现，FA改性硅橡胶热稳定性和机械力学性能等性能显著提升。其中12 wt％ FA改性硅橡胶SRFA-3拉伸强度和断裂伸长率分别达1.22 MPa和315％，交联密度达2.01×10-4 mol·cm-3。硅橡胶储能模量和玻璃化转变温度随FA添加量增加而略微升高，硅橡胶100％模量、密度和硬度皆随FA添加量增加而提升。 分别制备了松香缩水甘油酯和羟基封端氨基聚硅氧烷，以其为原料进一步反应合成松香接枝改性聚硅氧烷(RGSO)，研究发现RGSO分子量增加并提升聚硅氧烷分子链缠绕度，数均分子量和表观粘度分别从11765 Da(HTAS)增加至14472 Da(RGSO-4)，从7 Pa·s(HTAS)增加18980 Pa·s(RGSO-4)。以松香接枝改性聚硅氧烷为基础聚合物制备了松香接枝改性硅橡胶（SRER）。结果表明，松香接枝改性硅橡胶表现出较好的机械力学性能和热稳定性。SRER-3的拉伸强度和断裂伸长率分别达到1.07 MPa和402％，比未改性硅橡胶高138％和113％，10％质量损失温度和最大热失重速率温度分别提高了66℃和177℃。原因是含氢化菲环结构松香接枝改性硅橡胶，增加聚硅氧烷链段缠绕，提升了硅橡胶交联密度。
RTV硅橡胶;松香改性;制备工艺;交联密度
中国林业科学研究院
博士
林产化学加工工程
宋湛谦
2018
中文
TQ333.93
132
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）