[发明专利]一种界面水接触角可调控的快速交联固化的有机硅材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种界面水接触角可调控的快速交联固化的有机硅材料及其制备方法和应用，为克服现有有机硅聚合物材料及改性的有机硅聚合物材料存在室温下不能快速交联且交联形成的聚合物材料界面呈现憎水性能、水接触角大于90°、难以被水汽润湿的技术缺陷，本发明设计一种快速交联固化且固化后材料水接触角可调节的氰基丙烯酰氧乙基氧丙基官能化的聚硅氧烷，其在25℃和相对湿度60％条件下最短固化时间为3min，加入促进剂时固化时间缩短至3s。有机硅凝胶的界面水接触角为102°，固化后的氰基丙烯酰氧乙基氧丙基官能化的有机硅聚合物材料的水接触角为65～85°，改变了有机硅材料界面的疏水性能，拓展了有机硅材料应用领域。

技术领域

本发明涉及高分子化学领域，具体涉及一种界面水接触角可调控的快速交联固化的有机硅材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机硅高分子材料以螺旋结构的重复Si-O-Si链节为主链结构且侧基连接有不同种类有机官能团，具有优异的热稳定性、高气体渗透性、耐候性、耐化学品等性能。有机硅材料为憎水性材料，其与空气的水接触角大于90°，因此硅烷、硅树脂溶液、硅树脂乳液、有机硅粉末、硅丙乳液、硅酮密封胶等各种有机硅材料广泛应用于纺织材料、建筑、文物、管道等多种领域的防水处理、密封、粘接、堵漏等用途，在航空航天、国防军工及国民经济各个方面发挥了重要的作用。

另外有机硅材料及各种改性的有机硅聚合物材料根据其具体用途可以分为不固化和可固化的有机硅材料，前者如用作热传递介质的二甲基硅油，后者如硅橡胶、硅树脂、硅烷偶联剂、交联剂、硅油乳液等，这些可固化的有机硅材料分子中含有各种可参与化学反应的活性官能团，如Si-OH、Si-H、Si-CH＝CH₂、Si-Cl、Si-OR等等。除了热传递介质、高真空扩散泵油、减震、密封、润滑等应用领域要求有机硅材料保持原有的液体状态即有机硅分子中不能含有活性官能团外，服务于其它大多数领域的有机硅材料通常都是以交联固化的产品形式存在。

当前有机硅高分子材料主要通过室温硫化硅橡胶(RTV)、加成硫化型硅橡胶(LSR)和热硫化硅橡胶(RTV)这3种产品形式存在。室温硫化硅橡胶以羟基封端的聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，以含有烷氧基、酰氧基、酮肟基等官能团有机硅小分子化合物作为交联剂，经有机锡或钛酸酯类催化剂作用下缓慢交联固化，其表层交联固化速度较快，但胶料内部固化速度通常较慢，受空气中水分扩散速率影响较大，同时固化过程中不可避免地会同时释放出醇、酮、酮肟等小分子，导致固化后硅橡胶收缩率较大，影响尺寸稳定性。加成硫化型硅橡胶以乙烯基封端或侧链含有乙烯基或端基和侧基均含有乙烯基的聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，端基或侧基或端基和侧基同时含有硅氢官能团的低粘度聚二甲基硅氧烷为交联剂，以铂的乙烯基络合物为催化剂，经硅氢加成机理交联固化，其优点是交联固化速度受催化剂活性和炔醇类抑制剂沸点制约，在中高温度范围内可调节固化速度；加成型硅橡胶另一优点是固化过程中无小分子释放，固化后样品尺寸变化小，应用范围非常广泛，但该交联固化中需使用催化剂，且铂催化剂受有机氮、硫、磷化合物的影响容易存在铂中毒现象，限制了其应用领域。热硫化硅橡胶(HTV)以端基或侧基含有乙烯基的高分子量聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，以2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(简称双二五，DBPH)或2,4-二氯过氧苯甲酰(简称双二四，DCBP)为硫化剂，利用高温(150～170℃)下过氧化物分解产生的自由基引发聚硅氧烷端基或侧基的乙烯基官能团进行交联固化。虽然高温下可实现有机硅材料的快速固化，但存在固化温度高、需要二段硫化且自由基残留导致产品有异味等问题。

有机硅材料虽然经历近80年的发展并在上述三种固化机理基础上形成了三大类可交联固化的有机硅聚合物材料，并且国外产业界和学术界广泛利用有机硅材料固有的疏水性能、优异的耐高低温性能、耐紫外辐射性能、憎水迁移性能等特性对其他合成聚合物材料进行改性，研发生产了有机硅改性环氧树脂、有机硅改性聚氨酯、有机硅改性聚酯等新型聚合物材料，但均存在常温下难以快速交联固化的问题，而且引入有机硅组分的主要目的在于将聚合物材料的界面性能由亲水性转变为疏水性能，或者由原本的疏水性能向超疏水性能方向转变。