有机硅泡沫材料研究进展

收 稿 日期 ：２Ｏ１６－０３—０３ 基 金 项 目 ：浙 江 省 国 际 科 技 合 作 专 项 （２０１３Ｃ２４０２０）． 通 信 作 者 ：吴 连 斌 （１９７６～ ），男 ，副 研究 员 ，博 士 ，主要 从 事硅 树 脂 及 其 纳米 复 合 材 料 研 究 ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｕｌｉａｎｂｉｎ＠ ｈｚｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
本 文概 述 了有机 硅泡 沫材 料 的研究 进展 和 现状 ，总结 ＿ｒ有机 硅泡 沫材 料 的主要 制备 方法 ，阐述 了有 机 硅泡沫 材料 的结 构 、力学 等性 能及其 影 响 因素 ，并 对其 应用 前景 进行１．１ 化 学法 化学 发泡 法是 指利 用化 学方法 产 生 出气体 使有 机硅 聚合 物基 体发 泡 ：可 以在 聚合 物 中加 入 发泡剂 ，加
２ 有 机硅 泡 沫 材 料 的结 构 与性 能
不 同发泡 体系制 得 的有机 硅发 泡材 料 的性质 如表 ｌ所 示．以硅橡 胶作 为基 体 、气相 白炭 黑为 填料加 入 成孑Ｌ剂 溶 析成 孔发泡 ，成 孔剂 用量 增加 能 够 明 显 降低 硅 橡 胶 泡 沫 材料 的密 度 ，硅 橡 胶 泡 沫 材 料 的压 缩 应 力一应 变 曲线 的平坦 区域 增 大．采 用 同 步 硫 化 技 术 制 备 的蜂 窝 结 构 平 面 复 合 硅 橡 胶 泡 沫 材 料 的 密 度 为 ０．６７０ ｇ／ｃｍ。，比同配方 的开 孔 硅 橡 胶 泡 沫 材 料 （密 度 为 ０．４５０ ｇ／ｃｍ。）略 高 ，但 比硅 橡 胶 基 体 （密 度 为 １．１７０ ｇ／ｍ。）低 ，且 压缩 应力 应变 性 能 与开 孔 硅 橡 胶接 近ｌｅｏ－ｅｌｉ．不 同 形貌 的成 孔 剂 决 定 了泡 孔‘结 构 形 貌 ， 对 制 得 的密度 、压缩 性能 相近 的硅 橡胶 泡沫 材料 而言 ，球形 泡孔 成孔 剂使 用量 只需 市售 非球 形成 孑Ｌ剂 的一 半左 右ｎ 柚 ．如用 发泡 剂 Ｈ 化学 发泡 、中空玻 璃 微 珠作 为填 料 ，在 降低 泡 沫 材 料 密度 、增 大 泡 孔 孔径 方 面 ，比相 同质量 分数 １ｏ 的气 相 白炭黑 的效 果更好 ，其 泡孔 的孔 径是 后者 的 ２倍 多 ，且 热导 率 接 近于 后者 的 １／２．若 ＡＣ为发 泡剂 ，采用 辐射 交联 发 泡 ，则 泡沫 硅 橡 胶 的密 度 变 化不 大 ，但 其 孑Ｌ径 明显 减 小．相对 于 上述 化学 发泡 剂 ，采用 尿素作 为 发泡 剂 ，能 得到 孑Ｌ隙率最 大 、密度最 低 、弹性最 佳 的发 泡硅 橡胶 ＿】 船］．
有 机 硅 泡 沫 材 料 研 究 进 展
张 茜 ，赵 丽 ，裴 勇兵 ，陈利 民 ，汤龙 程 ，吴连 斌 ，蒋剑 雄
（杭 州 师 范 大 学 有 机硅 化 学及 材 料技 术 教 育 部 重 点 实 验 室 ，浙 江 杭 州 ３１１１２１）
摘 要 ：有 机 硅 泡 沫材 料 具 有 密 度 低 、耐 高低 温 、耐 候 、抗 氧化 等优 异 性 能 ，是 一 种 新 型 聚 合 物 泡 沫 体 系 ．文
章 介 绍 了有 机 硅 泡 沫 材 料 及 其 复 合 材 料 的 主要 制 备 方 法 ，并 概 述 了有 机 硅 泡 沫 材 料 及 其 复 合 材 料 在 不 同制 备 方
法 时 的 结 构 和 性 能 差 异 ．
关 键 词 ：有 机 硅 泡 沫 ；制 备 方 法 ；结 构 与 性 能 ；有 机 硅 复 合 材 料
热使 之分 解释 放 出气体 而发 泡 ；也 可 以利 用各有 机 硅聚合 物组 分 之 问相互 发 生 化学 反 应 释放 出的气 体 而 发 泡．例 如 ，羟基封 端 聚硅 氧烷或 含 羟基 的烷烃 与 含 氢硅 油 通过 ｓｉ— ＯＨ 与 ｓｉ— Ｈ 反 应 ，生 成 Ｈｚ（此称 为 内发泡剂 ），并 同时与 乙烯 基封 端 的聚硅 氧烷 交 联 （图 １）．此 外 ，还 可 以外 加 发泡 剂 来 进行 发 泡 反 应．外 发
第 １５卷第 ３期 ２０１６年 Ｏ５月
杭 州师 范 大学 学报 （自然 科学版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—２３２Ｘ。２０１ ６．０３．００２
Ｖｏ１．１５ Ｎｏ．３ Ｍ ａｙ ２０１６
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杭 州师 范大 学学 报 （自然科 学版 ）
２０１６年
独 特方 法 ，它兼具 物理 发泡 与化 学 发泡 的优 点．Ｌｉｕ等＿】 采 用 发泡 剂 ＡＣ，通 过 电子 束辐 射 交 联 硅 发 泡 橡 胶 ，使交 联 与发泡 两个 步骤 分开 ．Ｇｒａｎｄｅ等口 采 用 Ｐｉｅｒｓｅ—Ｒｕｂｉｎｓｚｔａｊｎ反 应 ，以双 氢封 端 的 聚二 甲基 硅 氧 烷 和烷 氧基 硅烷 （如 正硅酸 乙酯 ）为原 料 ，在 催 化剂 Ｂ（Ｃ。Ｆ ）。催 化 下 同 时完 成 交 联 和 发泡 ．ｓｏ等ｍ 则 用 烯 丙基一ＰＥＧ 液滴 混合 聚硅 氧烷 预 聚体 ，原位接 枝 制得低 密 度 闭孔 有机 硅 泡 沫弹 性 体．或者 将 有机 硅 聚 合 物 浇筑 在可 刻蚀 的孔 洞 ３Ｄ模板 里 ，最后 将模 板去 除得 到 多 空洞 聚硅 氧烷 泡 沫 材 料口 ．此外 ，也可 以 已有 的泡沫 型结 构 的材料模 板 为基 础 ，在 其 ３Ｄ多孑Ｌ骨架 上包 裹有 机 硅材 料 ．将 有机 硅 用 于聚 氨酯 的改性 是 改 善 聚 氨酯材 料和有 机 硅材 料性 能 、克 服单 一 高分 子材料 性 能缺 陷的一 条重要 途 径口 ．
中 图分 类号 ：ＴＱ３２８．９
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７４～２３２Ｘ（２Ｏ１６）０３—０２３０—０６
０ 引 言
有 机硅 材料 的 主链 中含有 “硅 一 氧一硅 ”结构 ，侧链 含 有少 量有 机基 团 ，因而它 兼具 有机及 无机 材料 的 双重优 点 ，耐 高低 温 、耐辐 照 和耐候 （无 双键 ，不 易被 紫外 光和臭 氧分 解 ）、憎水 、难燃 、生 理惰 性 、耐 油 、耐溶 剂等性 能 使其 在航 空航 天 、纺织轻 工 、电子 、建 筑交通 运 输 、医疗 等 领 域 发挥 重 要作 用 ＿１］．为 了满 足 实 际需 求 ，以有 机硅 聚合 物为基 体 ，采用适 当 的工 艺和 发泡 体 系可 以制备 有 机硅 泡沫 材 料．有 机 硅泡 沫 材料 又称 为 聚硅氧 烷泡 沫材 料 ，结 构式 为 （ＲＳｉＯ¨ ） （Ｒ。ＳｉＯ） （其 中 Ｒ 为 烷 烃或 芳 烃 ） ，作 为 一 种新 型 的 聚合 物 泡 沫体 系 ，既保持 了有 机硅 聚合 物 的优异 特性 ，如 耐高低 温 、绝 缘 和耐 候 性 能 ，又兼 具 泡沫 材 料 的低 密 度 、 优 良吸 音性 、抗震 性 等特点 ，通过 添加 补 强填料 和其 他 功能 填料 （如 阻燃填 料）还 能够 赋予其 他 功能特 性如 阻燃 防火 、疏水及 耐烧 蚀性 能等 ，有 望取 代 或部分 代替 碳基 高分 子发 泡材料 ，具 有广 阔 的应用前 景 ．