有机硅二醇对硅氧烷基聚氨酯弹性体的影响浅谈

有机硅二醇对硅氧烷基聚氨酯弹性体的影响浅谈

叶文波

东莞市贝特利新材料有限公司 广东东莞 523000

摘要：聚氨酯（PU）的这种弹性体，通常情况下是硬段软段两部分组合而成一类嵌段性质的共聚物，受硬段软段这两部分不相容性影响下，微相分离的形态逐渐形成。有机硅二醇往往会影响着硅氧烷基聚氨酯弹性体各项性能，具体会产生哪些影响还有待于进一步地考量分析。鉴于此，本文主要探讨有机硅二醇对于硅氧烷基聚氨酯弹性体相关影响，旨在为业内相关人士提供参考。

关键词：聚氨酯；弹性体；硅氧烷基；有机硅二醇；影响

前言

聚氨酯弹性体，属于聚氨酯橡胶，现阶段被广泛应用至人造革、黏合剂、弹性纤维等众多领域中。为更好地开展聚氨酯弹性体相关制备及其研究工作，就应当充分了解有机硅二醇对硅氧烷基聚氨酯弹性体相关影响，详细如下：

1、材料设备选取

此次实验所选聚丙二醇（PPG–210）及有机硅（PDMS）的二醇分别为=1000、=100，均出自天津石化企业；1,4-丁二醇（BDO）、4,4-二苯基甲烷的二异氰酸酯（MDI），则分别出自德国的BASF及烟台万华的聚氨酯这两家公司。选配Nicolet 380 IR型号光谱分析仪器，开展FTIR分析；配置CMT6503型号万能试验装置，开展拉伸强度和断裂伸长率、实际模量相关测定；借由湿热老化箱开展耐湿热性的测定；配置TGA–50型号热重分析仪器及Q-800型号动态力学的分析仪器，对热性能、力学性能实施测定分析。

2、SiPU合成方法

低聚物二醇及PDMS二醇都加入三口烧瓶之中，-0.095 MPa及100℃～120℃环境当中脱水处置1~2h,再逐渐降温到50℃～60℃，而后加入已熔化计量的MDI当中，处于80℃～90℃环境当中保温反应处置2～3h,最后取样测定NCO含量与设计值相符，真空脱气处置10~20min,获取预聚体[1]。烧杯之中，直接加入80~90℃基础环境中完成规范计量过后的部分预聚体，还有部分已脱水BDO,待强烈搅拌结束，混合时间达到30s~60s范围,倒入涂有脱模剂的相应钢制模具之中，处于120℃环境中加压硫化处置，将其制成厚度在2mm左右的试片。放置到110℃温度的烘箱内部，硫化处置12～24h,放置室温环境中约1周之后实施性能测定。

3、实验结果及其分析

3.1在FTIR分析

经实验分析发现，处于3435cm-1/2270cm-1位置，-OH/-NCO伸缩吸收数值的变化峰已经消失，可见，扩链剂、多元醇羟基、二异氰酸酯整个反应完成。针对于—NH、氨基甲酸酯羰基，其分别处在3332cm-1/1726cm-1位置达吸收峰，反应物基本上已完全反应，聚氨酯已生成，在聚氨酯整个主链内部成功引入了该硅氧烷键。

3.2在接触角及其力学性方面

PDMS含量持续增加情况下，接触角呈增大走势，材料变得更具疏水性，硬度及其撕裂强度均呈增强趋势，w（PDMS）处于10%~20%范围，拉伸强度及其扯断伸长率均可达到最大；同时，w(PDMS)数值不断增加，断裂伸长率、总体模量与其拉伸强度，基本上由升变降，而撕裂强度与其硬度方面则有所增长，出现这一结果是因PDMS自身拥有着有机物的一种柔顺性特质，还有无机填料的优良刚性特质。所以，若是w(PDMS)＜20%，就会和PPG链有一种协同效应情况出现，断裂伸长率还有强度都会增加；w(PDMS)＞20%，PDMS、PPG链无法更好地相容，潜在着相分离这一现象，PDMS则很难发挥出无机填料优良粒子作用，致使模量、撕裂强度都增加。

3.3在耐酸碱性方面

Si PU处于w=10%及70℃环境下的HCl溶液内部浸泡1d，Si PU自身拉伸强度会下降到＜60%，因聚醚链段有相对较强的一种吸水性特征，对水分子可起到吸收作用，可作为一种增塑剂，将其作用发挥出来；如果延长实际的浸泡时间，则拉伸强度在总体保持率上无大波动，w(PDMS)=30%，拉伸强度所达到保持率基本上为最高，耐酸性极佳；w(PDMS)=20%/25%，耐酸性则次之；若是浸泡到15d之前，PU及w(PDMS)=10%，该试样总拉伸强度基本上为同等的一个保持率[2]。若是浸泡时间＞15d，此时PDMS试样的拉伸强度基本保持率能够高于PU试样，则软段之中加入部分PDMS，PU耐酸性可见增强。PDMS链极性往往偏低，但在柔顺性方面占据一定优势，PDMS加入之后，硬段软段的氢键形成率明显下降，此情况利于后期硬段聚集还有微相分离，确保水分子不会出现大量渗透的情况，更有耐水性。碱性介质之中，SiPU的拉伸强度在保持率上所产生波动基本上和在酸性介质之中无显著差异。浸泡时间如若持续被延长，则拉伸强度在保持率上有所降低。w(PDMS)=20%/30%，SiPU的耐碱性良好；w(PDMS)=20%则为最佳。SiPU的耐酸性往往弱于耐碱性，因酸对于聚醚链而言，可起到促氧化的作用。

3.4在热性能方面

结合图1发现，SiPU都显示有2个Tg存在，Tg1/Tg2属于PDMS及PPG这两个的Tg，都比PPG及纯PDMS二醇所对应的Tg高，提示软硬段的总体混合度高。SiPU的Tg2为15℃,要低于纯PU,当PDMS被引入，软硬段这两部分的分离度稍有增加；SiPU=10%，Tg1=-7.33℃（最高值）,PDMS、PPG的相容性好；此外，相比较于纯PU相比，w(PDMS)处于10%~25%范围时候，SiPU初期分解温度要比纯PU高,提示热稳定性整体改善明显；w(PDMS)提高到30%，各段分解温度都要比纯PU低,提示PDMS及PPG二者呈较差的相容性，对PU自身力学性能及其热稳定性都会产生影响。故加入适量的部分PDMS，对软硬段实现微相分离及增强总体耐热性而言均有着积极作用。

图1 Si PU的温度环境波动曲线图

3.5在耐湿热性方面

w(PDMS)达到25%及30%情况下，试样耐湿热性整体相对较好；w(PDMS)在20%之下时候，1d之后的拉伸强度总体保持率会降到＜60%，伴随着老化时间被不断延长，就会有缓慢的变化出现；纯PU、w(PDMS)=30%，试样下降。湿气环境之下，无酸碱催化性的作用存在，但等同温度之下，气体当中水分子实际的扩散速率要超出液体内部的水分子，可见，气体内部的水分子自带强渗透性[3]。w(PDMS)＜20%，PDMS含量对水分子产生大量快速地渗透情况不能起到有效阻止作用，拉伸强度基本维持较低的一个保持率状态。纯PU的拉伸强度实际保持率，会受其老化时间的不断延长而呈下降走势，这是因PPG聚醚内部侧甲基会阻止大量水分子快速扩散。

4、小结

总而言之，经此次研究发现，PDMS含量和接触角呈正比关系，w（PDMS）处于10%~20%范围，拉伸强度及其扯断伸长率均可达到最大；SiPU自身耐碱性比耐酸性强，w(PDMS)分别为30%及20%时候可达到最佳的耐酸性和耐碱性；w(PDMS)处于25%~30%范围时候，SiPU为最佳的耐湿热性；软段内适量引入相应PDMS,则软硬段总体微相分离及PU热稳定性情况均可得到显著改善，若PDMS为过高含量，PU力学性能及其热性能均呈下降趋势。

参考文献：

[1]刘文俊,周兴,陈文浩,蒋金博.烷基三甲氧基硅烷对有机硅密封胶性能的影响[J].有机硅材料,2022,36(5):47-51.

[2]王启隆,陈向荣,张添胤,等.温度和掺杂含量对有机硅弹体/八乙烯基-笼型倍半硅氧烷纳米复合材料绝缘性能的影响[J].电工技术学报,2023,38(5):1139-1153.

[3]杨凯,刘常华,陈东,等.有机硅嵌段共聚改性聚氨酯弹性体的合成及性能[J].热固性树脂,2022(6):33-38.