水基硅橡胶的制备、性能及应用研究

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硅橡胶具有许多优异的性能使其在各个方面得到广泛的应用。但目前研究应用较多的是溶剂型硅橡胶,它在合成和使用过程中需利用大量的有机溶剂,存在安全隐患,对人和环境都会造成危害。水基硅橡胶是用水代替有机溶剂分散硅橡胶颗粒所形成的乳胶,当水分蒸发后,这些粒子能不可逆地聚结成有机硅橡胶弹性体。水基硅橡胶弥补了传统溶剂型硅橡胶的缺点,使硅橡胶在使用过程中更加方便和环保。随着水性化技术的发展和环保法规的实施,关于水基硅橡胶的研究和应用拥有广阔前景。本文首先研究了端羟基聚硅氧烷的乳液聚合反应。单体D4(八甲基环四硅氧烷)在十二烷基苯磺酸的催化下进行乳液聚合,选用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)/AEO-3的阴/非离子型混合表面活性剂作为乳液的乳化剂,制备出稳定的大分子端羟基聚硅氧烷乳液。它作为水基硅橡胶的基胶,即硅橡胶的主体,带有反应性基团能进行交联反应,为形成硅橡胶弹性体的合成提供原料。通过研究各合成条件对乳液性能的影响,得出较合适的乳液聚合工艺条件为:SDBS与AEO-3比例为1:4,表面活性剂用量和有机酸催化剂(DBSA)用量分别为D4单体质量分数的3%和5%,聚合反应温度85℃和聚合反应时间为4h。此条件下合成的乳液粒径为105.6nm,转化率能达到88.7%,乳液分布均匀泛蓝光有很好的稳定性。本文第二部分研究了水基硅橡胶的制备及其成膜性能。本课题选用甲基三乙氧基硅氧烷作为体系的交联剂,三乙氧基能在水中水解为硅醇基并带有三个反应基团,与羟基硅油的端羟基反应使线型聚硅氧烷大分链交联成网状,并用二丁基二月桂酸锡作为交联反应的催化剂。同时选用与乳液有很好相容性的硅溶胶作为补强剂。将各组分混合均匀后室温放置一定时间烘干成硅橡胶膜,测试模的各项性能。通过研究各组分用量对所成硅橡胶模的性能的影响,发现随着硅溶胶和交联剂用量的增加,硅橡胶模的强力和断裂伸长率都增加但超过一定值后导致过度交联,力学性能又开始下降,从而得出最佳的硅溶胶和交联剂用量分别为端羟基硅油乳液质量的25%和12.5%。研究发现催化剂用量对膜的机械性能影响不大,只是随用量的增加混合乳液凝固时间缩短,为便于应用,催化剂用量选择0.067%。研究室温放置时间对模性能的影响,发现混合乳液液室温放置至液体粘稠后就可烘干成膜,烘干后模与是室温放置七天的模能达到相近的的力学性能,说明乳液变粘稠后体系已经完成了交联反应,烘干只是加速了水分的蒸发,对模的内部结构影响不大,催化剂用量选定为0.067%,水基硅橡胶乳胶室温反应30min左右后就能烘干成膜且能达到最佳性能。利用水基硅橡胶乳胶粘稠后薄层涂覆烘干即可成为硅橡胶薄膜,本文第三部分将合成出的最佳水基硅橡胶乳胶薄层涂覆在织物上研究其涂层到织物上后对织物性能的影响。发现由于体系中大量乳化剂存在,涂层烘干后的涤纶织物能很快被水润湿,但随着水洗次数的增加,其水接触角逐渐增大,水洗10次后水接触角能达到132°左右,表现出硅橡胶原本的拒水性。通过对比不同焙烘温度不同焙烘时间对水洗10次后的涂层织物的撕破强力与水接触角影响,得到最佳焙烘工艺条件为160℃焙烘3min。此外,整理后的涤纶织物还能保持良好的透湿性和抗粘性,具有光滑柔软的手感。
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