[发明专利]一种多面体低聚倍半硅氧烷改性液体硅橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能高分子材料领域，具体涉及一种多面体低聚倍半硅氧烷改性液体硅橡胶及其制备方法。

背景技术

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种特殊的具有笼状结构的倍半硅烷(silsequioxane)，分子式满足经验公式[RSiO_1.5]_n，即硅元素与氧元素之比为1:1.5的化合物，三维尺寸为1～3nm，是近年来发展起来的一种新型的有机-无机杂化材料。其结构特点可概括为：分子内杂化结构，纳米尺寸效应，结构可设计性和良好的溶解性。它具有无机材料热氧化稳定性高和优异的力学性能，同时兼顾有机材料的易加工、韧性好和密度低等特点，且其分子设计易实现，可得到期望的具有特定的分子结构，赋予材料优异的物理性能，如硬度、强度、抗氧化性和热稳定性。液体硅橡胶(LSR)作为有机硅材料中发展较快的一个品种，具有成本低、能耗低、生产效率高、可进行自动化生产等优点，在电子元器件密封、管道密封、建筑、医疗器械、键盘及婴儿奶嘴等方面得到普遍应用。

由于聚硅氧烷分子间的作用力很小，所以未补强硅橡胶的力学性能差。为了提高其力学性能，添加补强填料是主要手段。目前，市场上液体硅橡胶产品最常用的补强填料是白炭黑，按其制法白炭黑可分为沉淀法和气相法两大类。沉淀法白炭黑是由水玻璃(硅酸钠)在盐酸或硫酸中反应制得，含水量大、粒子较粗，因此制得的硅橡胶的电性能、耐热性及补强效果较差。气相法白炭黑由四氯化硅在氢气和氧气中燃烧生成，纯度高、颗粒小、比表面积大，所得硅橡胶的电性能、密封耐热性、疲劳耐久性、热空气硫化特性都较好，但气相法白炭黑价格较高，且增粘明显，会降低LSR的流动性，影响加工性能，加入量不宜过多，故难以达到高强度、高热稳定性、流动性优异的LSR要求。

POSS提高聚合物材料热稳定性的机理主要有：POSS的刚性，POSS的物理聚集及交联作用，POSS与聚合物之间的偶极-偶极作用、纳米效应以及氢键作用等。中国专利申请CN103849150A通过将POSS作为聚硅氧烷悬垂链和嵌段链的聚合物与生胶共混，改善耐高低温性、接卸性能、介电性能，但是聚合物合成工艺复杂，高温硫化型硅胶的加工工艺繁琐，周期长，流动性不佳。中国专利申请CN103113592A采取类似方法将含有不同数目官能团的POSS引入到聚硅氧烷分子链中，得到POSS作为悬垂基团、嵌段和交联点的POSS改性硅橡胶，同样存在着加工工艺繁琐、周期长和流动性不佳的缺点，使用大大受到限制。中国专利申请CN103288867A公开了一种新型烷氧基硅烷基POSS及其制备方法和应用，利用烷氧基的交联作用提升硅橡胶的力学性能和热性能，此方案适合于缩合型室温固化硅橡胶，不适合加成型体系。

发明内容

为了克服现有液体硅橡胶流动性和热稳定性较差的问题，本发明的第一方面的目的在于在保证较高强度的前提下，提供一种能改善胶料加工性能、同时提高材料硬度、强度和热稳定性的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的制备方法；

本发明的第二方面的目的在于提供上述方法制备的高性能液体硅橡胶。该液体硅橡胶是通过在硅氢加成体系中添加含有乙烯基和甲氧基官能团的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)，利用POSS分子结构上的乙烯基与含氢硅油的加成反应来提高交联度，同时通过POSS分子结构上的甲氧基与白炭黑表面的羟基发生缩合反应，POSS起到连接有机硅聚合物和白炭黑填料的作用，达到提高材料硬度、强度和热稳定性的目标；

本发明的第三方面的目的在于提供上述液体硅橡胶的应用；

为达到上述目的，本发明提出了如下技术方案：

本发明的技术方案的第一方面提供了一种多面体低聚倍半硅氧烷改性液体硅橡胶的制备方法，包含以下步骤：

1)将乙烯基三甲氧基硅烷、丙酮混合均匀，在20-60min内滴加盐酸催化剂，30-50℃搅拌回流8-24h，分离固体产物，所得粗产物在二氯甲烷与丙酮的混合溶剂中重结晶，得到精制的八乙烯基-八面体倍半硅氧烷产物；

2)将三乙氧基氢硅烷、步骤1)所得产物在乙醚中混合均匀，加入铂催化剂，30-50℃搅拌回流8-24h后，除去挥发组分，得到粘性液体产物乙烯基-乙氧基-T8-倍半硅氧烷产物；

3)将乙烯基聚二甲基硅氧烷、铂催化剂、增粘剂、Vi-Eo-POSS、白炭黑填料混合均匀后脱泡，密封保存，得到灌封胶A；

4)将乙烯基聚二甲基硅氧烷、氢基封端聚二甲基硅油、二甲基甲基氢聚硅氧烷、抑制剂、Vi-Eo-POSS、白炭黑填料混合均匀后脱泡，密封保存，得到灌封胶B；