稀土盐配位交联硅橡胶的制备、机理研究和性能调控

Large amount of valuable silicone rubber has been used all over the world because of their versatile properties. Usually, the vulcanization is achieved by covalent bondings. But there are still some problems which need to be solved to improve silicone rubber's properties, such as the redundant of the catalysis. Crosslink induced by coordination curing in acrylonitrile-butadiene rubber materials is currently attracting a great deal of interest because of the possibility to solve these similar problems.In this study, coordination crosslinking will be selected to obtain novel silicone rubber. Silicone gum with high content of coordination groups will be designed and synthesised firstly. And then lanthanide ions, which have large coordination number, will be selected to coordinate with silicone gum. The mechanism will be supposed and proved. And the technology will be adjusted to obtain the silicone rubber with high mechanical properties. These novel silicone rubber will be test in extreme conditions and the mechanism will be explored also in this study.

硅橡胶具有多种优异的性能，应用非常广泛。通常使硅橡胶硫化的方式都是通过加成型、过氧化物硫化型和缩合型等共价键交联工艺，但是这些工艺常常存在催化剂的残留以及小分子逸出造成的破坏等工艺自身不可避免的问题。本项目针对该类需要重点解决的问题，尝试通过配位硫化过程制备新型硅橡胶，是从分子设计的角度出发，依据配位化学原理，选择路易斯硬酸稀土盐和带有路易斯硬碱基团的硅橡胶生胶进行配位交联，在正交试验的基础上总结规律，探讨配位交联机理，合理调节影响配位交联过程的各种影响因素，改进加工制备工艺以获得具有高机械力学性能的硅橡胶；探讨配位交联工艺制备的硅橡胶耐极端条件的性能，并研究其机理。该研究结合了配位化学、高分子化学以及材料化学的相关知识，能够在获得新型材料的基础上，丰富和发展交叉学科研究。

硅橡胶具有多种优异的性能，应用非常广泛。通常使硅橡胶硫化的方式都是通过加成型、过氧化物型和缩合型等共价键交联工艺，但是这些工艺常常存在催化剂的残留及小分子逸出造成的破坏等工艺自身不可避免的问题。.本项目针对该类需要重点解决的问题，选用了配位过程使硅橡胶硫化交联制备新型硅橡胶。首先合成三大系列（含半胱氨酸基团、含羧基基团、含腈基基团）的多种（官能团设计含量分别为10%、20%、30% 、40%、50%）聚硅氧烷；继而选用多种稀土盐（氯化铈、醋酸铈、氯化铽、氯化铕等）与官能化聚硅氧烷进行合理的配位在室温下进行混炼，然后在模压条件下通过配位硫化过程制备新型硅橡胶；在硫化特性等实验数据的基础上，确定了各类配方的最佳硫化温度和硫化时间；研究了配位基团的种类、金属离子的种类及两者的比例对配位过程的影响，分析了配位硫化过程的产生及影响因素，总结规律并探讨通过配位交联工艺制备硅橡胶的机理；研究了硅橡胶的配方组成和结构对硅橡胶宏观机械力学性能的影响情况，找到了通过改变硅橡胶的配方及加工工艺条件对橡胶性能加以调控的方法；制备了宏观机械力学性能良好的稀土盐配位官能化聚硅氧烷的新型硅橡胶，并测试分析了硅橡胶耐极端条件的性能及机理。.本项目实现了配位硫化硅橡胶的成功制备，通过分析测试证明了配位时引起新型硫化工艺实现的原因；发现了配位硫化硅橡胶的多次硫化性能，实现了三次重复配位硫化；经由试验，发现了配位硫化硅橡胶在实际生产中的缺点。经由大量实验，最终确定硫化配方为：含特殊基团（官能团含量10-30%）聚硅氧烷100份，稀土盐10-25份，补强填料10-50份，其它助剂0-10份；硫化工艺为：室温下将官能化聚硅氧烷与补强填料、其它助剂在机器上共混至均匀，然后加入计量比的稀土盐，继续共混至均匀。然后在平板硫化机上90℃下模压硫化20分钟。冷却后取片。室温放置一天后测试或使用。.本项目实现的以配位硫化方式制备硅橡胶，是将配位化学引入到有机硅化学之后的融合创新，是硅橡胶加工制备工艺的新探索。经由配位硫化过程制备的硅橡胶不使用任何催化剂，可避免催化剂残留带来的潜在危害；由于配位作用的可逆性，能够赋予该类硅橡胶新的加工性能及多次重复可塑性。本项目不仅可以提供新型的加工工艺以满足工业生产对硅橡胶研究的需求，还可以提供丰富的橡胶材料以满足日益增长的应用需要，因而具有重要的科学意义。