高延展性、柔软的硅树脂弹性体：制备方法及应用前景

高延展性、柔软的硅树脂弹性体：制备方法及应用前景

高度可拉伸的软硅弹性体在制造可拉伸电子产品、软致动器、医疗设备和微流体方面具有重要价值。近年来，人们投入了大量精力来制备具有与人体软组织相似弹性的软硅弹性体，以用于软机器人。然而，仍然缺乏可以有效制备具有出色可拉伸性和柔软度的硅弹性体的可用化学配方。

近日，丹麦技术大学的 Anne Skov 等人报道了一种制备有机硅弹性体的简单固化反应。在氧气和水的存在下，铂催化的远螯/聚氢硅烷（Si–H）官能聚二甲基硅氧烷（PDMS）反应缓慢交联。这种固化化学反应允许对弹性体性能进行各种定制，从而超越了其固有的局限性。通过从商用前体聚合物中制备高度缠结的弹性体和瓶刷弹性体，可以分别制备高拉伸有机硅弹性体（最大应变为 2800%）和极软的有机硅弹性体（最小剪切模量为 1.2 kPa）。相关工作最近发表在《One to make or soft from》杂志上。基于此方法，可以轻松开发出具有多种功能的有机硅弹性体。第一作者是胡。

有机硅弹性体通常由线性聚合物和交联剂交联而成，传统的交联反应是在铂催化剂的作用下，通过远爪乙烯基官能聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 和聚氢硅烷 (Si–H) 官能交联剂的氢化硅烷化反应完成的。在本研究中，有机硅弹性体是在空气中以远链/多个 Si-H 基团的 PDMS 和铂催化剂为原料，在远低于 100°C 的温度下制备而成的。与传统的固化化学不同，在传统的固化化学中，网络链与前体聚合物的长度直接相关，而该方法可以在固化过程中根据正常的线性前体来调整网络链。

制备硅橡胶的各种固化反应

实验中核磁共振氢谱（NMR）表明水和氧气都参与了固化反应，基于此，研究人员对遥爪Si-H功能化PDMS的交联机理提出了如下解释：

遥爪Si–H功能化PDMS交联机理的研究

为了比较 Si–H 功能化 PDMS 体系与 Si–H 与乙烯基之间的硅氢化反应的反应动力学，在 100°C 下进行了单 Si–H 功能化 PDMS 和单 Si–H 功能化 PDMS 与单乙烯基功能化 PDMS 的铂催化反应。两种反应的总官能团浓度相同，单 Si–H 功能化 PDMS 的反应需要 6 小时才能完成，而硅氢化反应则需要 2 分钟，这与 Si–H 氧化的支化特性相一致。此外，研究人员还通过跟踪两种固化反应过程中储能模量和损耗模量的变化，研究了制备高拉伸极软弹性体的典型固化反应。

反应动力学研究

通过远程硅氢官能团PDMS与远程乙烯基官能团PDMS反应生成高度缠结的（长链）有机硅弹性体，可以制备高拉伸有机硅弹性体。通过改变前驱体长度和Si-H-与乙烯基的摩尔比，可调节弹性体拉伸应变从1500％到2800％，双向拉伸可使弹性体面积扩大180倍。由多硅氢官能团PDMS与单乙烯基官能团PDMS反应生成的瓶刷有机硅弹性体制成的极软有机硅弹性体，通过改变反应基团的摩尔比和侧链长度，可调节制备的瓶刷弹性体的剪切模量从1.2kPa到7.4kPa。

高强度有机硅弹性体与传统有机硅弹性体的性能

超软有机硅弹性体与传统有机硅弹性体的性能

总之，与传统固化化学相比，在水分和氧气存在的情况下，硅氢化反应进行得更慢，从而为配方中的延迟交联提供了内在机会，并允许使用简单的一锅反应制备高度多样化的网络。除了能够制备高度可拉伸或极软的弹性体外，本文介绍的基于缓慢交联的一般方法还可以轻松开发具有多种功能的有机硅弹性体。