基于Diels-Alder反应的高导电热可逆硅弹性体的设计、制备及性能研究

【摘要】：传统的采用导电填料与硅橡胶共混的方法制备导电硅橡胶,存在导电填料与橡胶基体之间相容性较差、导电性受多方面影响、导电填料价格昂贵等问题,因此制备的导电硅橡胶往往很难回收再利用,且材料成本较高。为了解决上述问题,我们利用在导电填料与橡胶基体之间构建可逆共价交联网络,来制备一种同时具有高导电性及热可逆性质的导电硅橡胶,不仅可以提高导电填料与橡胶基体之间的相容性,同时该材料能够回收再利用,从而有效减少资源浪费,降低材料成本。主要包括以下内容:(1)首先制备一系列乙烯基含量较高的甲基乙烯基硅橡胶;然后通过点击化学反应对硅橡胶进行接枝改性,使硅橡胶分子链侧链接枝上呋喃官能团,并研究了硅橡胶中乙烯基含量以及点击化学反应的反应时间对于呋喃接枝率的影响,从而选取出最佳的乙烯基含量以及最佳反应时间;最后使用碳纳米管作为Diels-Alder反应的亲二烯体,含呋喃官能团的硅橡胶作为二烯体进行反应,并通过对添加不同质量分数碳纳米管制备的硅橡胶的结构、形貌、力学性能、电学性能、热可逆性能进行研究,分析了碳纳米管含量对于Diels-Alder反应及得到的导电硅橡胶的可逆性质的影响。当乙烯基含量不同时,随着乙烯基含量从20%增大到30%、50%时,接枝率呈现先升高再降低的趋势,当乙烯基含量为50%时,在反应过程中容易产生凝胶,从而使接枝率降低;当乙烯基含量都为30%时,得到的改性硅橡胶的接枝率随着反应时间增大呈现升高的趋势,反应30min得到接枝率为39.06%的接枝产物。添加的碳纳米管作为Diels-Alder反应的亲二烯体,可以与含呋喃官能团的硅橡胶基体之间发生可逆共价交联,从而形成热可逆交联网络,使材料具有良好的热可逆性质,且碳纳米管与硅橡胶之间的相容性变好;将制备的导电硅橡胶进行二次模压成型之后,其拉伸强度恢复77%,断裂伸长率恢复88%,电导率恢复86%,具有可回收再利用性;同时,碳纳米管具有良好的导电性,添加10%质量分数的碳纳米管,硅橡胶的电导率为0.9091S/cm;此外,碳纳米管具有较大的长径比,对材料有显著的增强效果,添加10%质量分数的碳纳米管,其强度从0.2MPa增大到2.3MPa。因此,可以将碳纳米管作为Diels-Alder反应的亲二烯体制备出具有良好的导电性、界面相容性、可回收利用性的导电硅橡胶。(2)首先制备氨基含量不同的侧氨基硅橡胶,然后将其与马来酸酐进行反应,对侧氨基硅橡胶进行改性,使硅橡胶分子链侧链接枝上马来酰亚胺官能团；然后制备分散性较好的银纳米颗粒,对其进行改性,使银纳米颗粒络合上呋喃官能团;最后使用侧链含马来酰亚胺官能团的硅橡胶作为Diels-Alder反应的亲二烯体,含呋喃官能团的改性银纳米颗粒作为二烯体进行反应,制备导电硅橡胶。通过改变实验的投料比,制备出了氨基含量为4.3%、8.9%、16.8%的侧氨基硅橡胶;通过对接枝产物进行红外及核磁测试,发现在分子链侧链上引入了马来酰亚胺官能团,表明接枝实验成功;制备的银纳米颗粒分散均匀,尺寸在40-50nm之间,当对其进行改性反应之后,尺寸增大到125nm-160nm之间。