[发明专利]一种环硅氧烷原位开环聚合制备高性能导电硅橡胶的方法

说明书

本发明公开了一种采用不含金属元素的有机磷腈催化剂催化掺杂导电填充粒子、补强填料、硫化剂的环硅氧烷单体原位开环聚合制备掺杂导电填充粒子的聚硅氧烷，以及经硫化成型制备导电硅橡胶纳米复合材料的方法。本报道发明的硅橡胶纳米复合材料可采用一锅法制备，制备方法简单高效，所有填料均可在聚合之前加入，与单体混合均匀，环硅氧烷单体原位聚合效果不受填料影响，所得硅橡胶复合材料表面外观平整光滑，填充粒子分散均匀，保持了纯硫化硅橡胶良好的力学性能，且兼具优良的导电性能。

技术领域

本发明涉及一种环硅氧烷原位开环聚合制备高性能导电硅橡胶的制备方法，具体涉及采用有机磷腈催化剂催化环硅氧烷原位开环聚合制备掺杂导电填充粒子的聚硅氧烷，以及经硫化成型制备高性能导电硅橡胶纳米复合材料的方法。

背景技术

导电硅橡胶是一类同时拥有导电性能和机械性能的复合材料，具有良好的压阻特性和温阻特性。导电填料不仅可以赋予复合材料导电性，还可以降低材料成本，显著提高复合材料的各种性能，使其应用范围更加广泛，例如航空、工业、电气、以及日程生活等领域。对于导电硅橡胶而言，它具有柔性触觉的特性，在各种各样的传感器、机器人类皮肤、感知压力座椅等应用方面具有十分重大的意义，且其性能也随着研究的深入越来越稳定，因此是一种备受关注的功能材料。

对于导电硅橡胶，其聚合物基体本身的结构及物理特性以及材料内部导电网络的结构组成决定着最终复合材料的导电性能、机械性能、使用寿命等。导电硅橡胶的导电性能的稳定性主要包括：压阻特性，弛豫时间，迟滞性能等，其受所添加填料、基体性质、以及硫化工艺等诸多因素的影响。

传统的导电硅橡胶是通过加入各种导电填料，如各类金属粉末，导电炭黑，导电石墨等导电填料，并配合其他的补强填料，使复合材料兼具有优越的导电性能和机械性能。其中导电材料在聚合物基体中的分散状态也会对导电性能产生明显影响，以导电碳黑为例，炭黑粒子的尺寸，分子表面结构以及在橡胶基体中的分散状态对导电硅胶的渗滤阈值以及导电性能影响较大。因为填料与基体聚合物在化学结构和物理形态上存在显著差异，两者之间的结合能力差，因此，现在很多学者针对导电粒子在基体内的分散状态进行研究，通过对填料粒子的表面活化处理，使其能与基体聚合物形成稳定的结合状态，从而提高导电复合材料的导电性能。

目前制备导电硅橡胶的方法通常是采用粉末添加的方式，这种方法制备的导电硅橡胶存在伸长率低，耐撕裂性能差，且不利于环境保护和操作人员的身体健康，工艺复杂等缺点。因此通过现代复合材料的设计技术，设计出符合要求的高性能导电复合材料，克服传统制备方法的缺点，不仅是科学研究领域的重要课题，同时也在工程应用方面具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种采用不含金属元素的有机磷腈催化剂催化环硅氧烷原位开环聚合制备掺杂导电填充粒子的聚硅氧烷，以及经硫化成型制备导电硅橡胶纳米复合材料的方法。本报道发明的导电硅橡胶纳米复合材料可采用一锅法制备，制备方法简单高效，所有填料均可在聚合之前加入，与单体混合均匀，环硅氧烷单体原位聚合效果不受填料影响，所得硅橡胶复合材料表面外观平整光滑，填充粒子分散均匀，保持了纯硫化硅橡胶良好的力学性能，且兼具优良的导电性能。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种原位开环聚合制备掺杂导电填充粒子的聚硅氧烷预混物料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(a)将环硅氧烷单体和导电填充粒子、补强填料、硫化剂接触，氮气保护下，置于一定温度的反应条件下搅拌均匀；

(b)将催化剂、引发剂和无水溶剂接触，氮气保护下，快速加入步骤(a)中的混合物中，剧烈搅拌；

(c)在一定温度下反应一段时间，体系粘度增大，形成半固体状掺杂导电填充粒子的聚硅氧烷预混物料。

根据本发明的实施例，该方法所采用的原料易得，制备方法简单，且填充粒子在聚硅氧烷中均匀分布。