含硅聚氨酯的制备与改性

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1、1.1聚氨酯材料概述1.1.1聚氨酯材料的介绍聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯是主链上含有重复氨基甲酸酯基团(NHCOO)的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外,还可含有醚、酯、脲、缩二脲,脲基甲酸酯等基团。聚氨酯材料主要包括聚氨酯弹性体、聚氨酯涂料、聚氨酯胶粘剂、聚氨酯纤维、聚氨酯树脂，具有发泡性、弹性、耐磨性、粘接性、耐溶剂性以及耐生物老化性等优点。但它的缺点也十分明显：内生热大，耐高

2、温性能一般，不耐强极性溶剂及强酸碱性介质。本文主要研究聚氨酯弹性体。实验室及工业生产中，常通过改性来提高聚氨酯弹性体的性能，在通过改性后，使聚氨酯成为一种得到较快发展的高分子合成材料。常见的改性方法有：丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、硅改性、纳米材料改性、有机氟改性、有机无机杂化改性、有机硅改性、其他方面改性（结构改性、交联改性等）。用有机硅改性聚氨酯在保持有机硅树脂许多优良性质基本不变的情况下，可提高有机硅的附着力、耐磨性、耐候性及耐化学药品性并能再常温下固化，改善聚氨酯热老化性能欠佳、及不耐高温的缺点。本文主要探讨硅改性聚氨酯的优缺点。1.1.2含聚氨酯材料的介绍聚氨酯是由硬段和

3、软段交替组成,具有良好的物理和机械性能,但热稳定性较差。有机硅由于其独特的结构而具有一系列优异性能,如具有较低的玻璃化转变温度,极好的耐高低温和耐氧化性能,优良的电绝缘性和热稳定性,优异的透气性及生物相容性等。然而有机硅材料也存在力学强度低、附着力差等缺点,大大限制了它的应用。通过共聚将有机硅与聚氨酯两者的优异性能结合起来,是改善有机硅材料和聚氨酯材料性能的一条重要途径。含硅聚氨酯从分子结构看,它既含有优异的介电性、柔韧性、耐水性、透气性及生物相容性的有机硅链段,同时又有良好的热稳定性、耐候性及耐腐蚀性的聚氨酯链段,因此这类材料既克服了含硅聚氨酯机械性能差的缺点,也弥补了聚氨酯耐

4、侯性差的不足,在涂料、织物整理剂及血液相容材料等方面有着潜在的应用,吸引了很多学者的关注。1.2含硅聚氨酯材料的特点及制备由于含硅聚氨酯本身具有特殊结构，其主链-Si-O-Si-属“无机结构”，Si-O键的键能为462.0kJ/mol，远高于C-C键的键能346.9kJ/mol，因而键的极性大，对所连烃基起到了屏蔽作用，提高了氧化稳定性，其侧链结构中含有“有机基团”，因而又具有高分子易加工的特点。因此，一般认为它兼具有机与无机材料的双重优点，譬如其具有热稳定性好、玻璃化温度低、透气性高、介电性优良、与生物相容性好等优点和特殊的表面性能168]。含硅聚氨酯具有的这些优异性能使其应用

5、范围极为广泛，在各种领域中起到了重要作用，有人称它为“工业维生素”。由于含硅聚氨酯分子间的作用力比较弱，使其作为一种特殊材料时它的力学性能比较差，因此在一定程度上限制了其应用范围。如果将反应性基团作为侧基或端基引入含硅聚氨酯链段，使其成为活性含硅聚氨酯，再与其他物质合成聚硅氧烷的嵌段或接枝共聚物，就大大提高了含硅聚氨酯力学性能并使有机高分子通过改性而具有含硅聚氨酯的某些特性，如:良好的润滑性、柔软性、流动性、脱模性、粘合性、耐磨性、耐热性、耐寒性、透氧性、内应力缓冲性、生理惰性及加工性等。在硅氧链的侧基或端基引入的官能团一般可分为两类，一类是官能基连在硅原子上，称为硅官能基。另一

6、类是官能基连在与硅原子相连接的有机基上，称为碳功能基。含硅官能基含硅聚氨酯容易制备，活性也大，容易和另一些含官能基(如NHZ、COOH、COCL等)的有机化合物或高分子链段反应。但是生成的共聚物中会含有SIOC或SINHC等链节，它们的水解稳定性差。含碳官能基的含硅聚氨酯与有机高分子相结合不含上述链节，而是硅与碳相连，稳定性好，更具有实际应用价值。1.2.1含硅聚氨酯硅改性聚氨酯的方法有有机硅改性，无机硅改性及有机无机杂化。有机硅改性：基本结构单元（即主链）是由硅－氧链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此，在有机硅产品的结构中既含有"有机基团"，又含有"无机结构

7、"。纳米无机硅改性：经纳米无机硅改性后，具有极强吸附和耐酸碱耐腐蚀性能，因而封闭效果极好，常与相应的填料，表面活性剂，消泡剂等一起使用，制成优质耐水的内墙涂料，既可提高质量，又可降低成本。有机无机杂化：传统杂化方法主要是通过偶联剂对无机纳米粒子进行包覆改性，利用偶联剂的两性化学结构，使改性后的无机粒子更容易分散到有机相中，并通过偶联剂中的有机结构与有机相缠绕在一起。首先通过杂化方法制备了可固化的无机有机杂化低聚物，再利用固化技术，将固化树脂和无机有机杂化低聚物交联固化，从而使有机