基于动态脲键构筑新型热塑性有机硅弹性体

Comparing to conventionally vulcanized silicon rubbers, thermoplastic silicon elastomers (TPSE) with advantages as reprocessable and recyclable become an important developing direction of this field. However, TPSE are mostly prepared by linear multiblock copolymers through phisical crosslinking, thus facing problems to further improve its stability and mechanical properties, which also limit their application areas. For further developing TPSE, changes to its physical crosslinking stucture and new systems with both strength and reprocessability are needed. This program propose to make new TPSE systems by a conditionally reversible chemical crosslinking structure using dynamic covalent bond. The new TPSE are to be reprocessable, mechanically strong, and dynamic with properties such as self-healble and stimulus-responsive. This program will perform study on the most comercially promising thermoplastic polysiloxane-polyurea/polyurethane elastomer, and make use of its urea bonds which would become dynamic and reversible when it’s been hinderd by bulky substitutent groups. By building dynamic urea bonds in varied positions, a seires of TPSE will be made by dynamic urea bonds in their main chain, crosslink point, and multiple positions. Preparations, structures and properties are to be in the research propsal, to provide new thoughts to improve performances of thermoplastic elastomers.

与传统硫化硅橡胶相比，热塑性有机硅弹性体（TPSE）具有可再加工和可回收利用的优点，是有机硅材料发展的重要方向。然而，大多数TPSE的交联结构局限于线性嵌段共聚物链段间的物理作用交联，导致材料稳定性和强度难以提升，应用受限。改变TPSE交联结构的局限，构筑兼具强度与再加工性能的新体系，是发展TPSE的难点。本项目提出以动态共价键构筑条件可逆的化学交联结构制备新型TPSE，拟在保持材料再加工性能的同时提高材料强度，并将赋予TPSE新的动态特性如自修复及刺激响应性等。本项目以最具应用前景的聚硅氧烷-聚脲/聚氨酯类TPSE为研究对象，利用体系中脲键在受到取代基团位阻影响时的动态可逆特性，围绕动态脲键的构筑位点，设计制备一系列基于主链动态脲键、交联点动态脲键以及多位点、多重动态脲键的TPSE材料，开展对基于动态脲键构筑新型TPSE的制备、结构及性能研究，为高性能TPSE的设计制备提供新的研究思路。

热塑性有机硅弹性体兼具硅橡胶的良好弹性和热塑性材料的良好可重复加工性能，是有机硅材料的重点拓展方向。有机硅-聚脲弹性体是一类有机硅-聚脲共聚物，由于脲键之间能够形成丰富的氢键，进而形成物理交联结构对材料起到本征补强作用，因而该类材料具有较传统未补强有机硅弹性体更高的强度。本项目将位阻取代的动态脲键引入有机硅-聚脲弹性体中，得到兼具材料强度和良好可加工性能的新型热塑性有机硅-聚脲弹性体。我们以不同位阻（如乙基、异丙基和叔丁基等）取代的次级胺为构筑动态脲键的反应底物，在有机硅-聚脲共聚物网络中的硬段、软段和交联点中分别/结合构筑了动态脲键，制备了一系列具有不同脲键结构和不同聚合物组分的有机硅-聚脲共聚物。采用红外、热分析、动态力学分析及旋转流变测试等不同手段表征了该类含动态脲键结构的有机硅-聚脲共聚物的材料结构、热稳定性、力学性能及流变性能等，研究了不同位阻取代基脲键对该类材料的性能影响。基于动态脲键的可逆平衡，研究了该类材料的环境刺激响应性能，构筑了游离氨基环境下可控降解的有机硅-聚脲弹性体材料体系。此外，该类材料在加热条件下能够较快速地粘合金属铝片，粘结强度可达7.0MPa，并可重复使用多次，展现了该类材料作为较低温度下可逆压敏热熔胶的应用前景。