CN107522864B - 一种硅烷改性聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅烷改性聚合物，具有如下结构式：
Figure DDA0001469589820000011
其中，n＝1～5000，m＝2～5000，x＝1～10，w＝1～10，R1为如下基团之一：

Description

一种硅烷改性聚合物及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子聚合物领域，具体涉及一种硅烷改性聚合物及其制备方法。
背景技术
密封胶是建筑、交通和组装领域不可缺少的材料，高性能的密封胶越来越受到人们的关注。随着全球对环保、安全、健康的的关注度的提高，室温固化型MS树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等材料的应用越来广泛。
可湿气室温固化树脂按照结构可以分为硅酮树脂、NCO封端树脂和硅烷改性树脂。主链为聚二甲基硅氧烷的硅酮树脂具有良好的耐湿热性、耐老化性，但是因自身表面张力小，所以可涂饰性差。NCO封端树脂固化后具有强度高、抗撕裂、耐穿刺等特点，但是固化过程中异氰酸酯与水反应会释放出二氧化碳，降低材料的力学性能、密封性能和抗老化性能。而硅烷改性的聚合物固化过程中无气泡产生，增加了材料的机械性能，固化后的分子链的抗紫外线能力，耐候性强，且对环境没有危害，符合环保要求。
目前，硅烷改性的树脂主要为硅烷封端的MS树脂和聚氨酯。路线分为两种：一种是利用三甲氧基硅烷通过硅氢加成反应进行聚合物的封端；一种是利用异氰酸酯基三甲氧基硅烷通过缩合反应进行封端。前者需要经过成盐、扩链、催化加氢等反应，过程过于繁琐；后者在反应过程中有机锡催化剂既是缩合反应的催化剂，又是烷氧基和羟基交联的催化剂，因此，容易导致副反应的发生。同时，硅氧烷基只是存在于末端，高分子量的聚合物交联固化较为困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有硅烷改性树脂的缺陷，提供了一种硅烷改性聚合物及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种硅烷改性聚合物，具有如下结构式：
Figure GDA0001469589800000021
其中，n＝1～5000，m＝2～5000，x＝1～10，w＝1～10，
R1为如下基团之一：
Figure GDA0001469589800000022
R为含硅甲氧基或者硅乙氧基基团。
一种硅烷改性聚合物，由包括如下原料聚合得到：
Figure GDA0001469589800000023
优选地，所述多元醇为聚醚多元醇、聚氨酯、聚乙二醇、聚酯多元醇、脂肪醇、芳香醇。
优选地，所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、4，4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4′-二异氰酸基-3，3′-二甲基联苯、甲苯二异氰酸酯中的一种。
优选地，所述硅氧烷环体为
Figure GDA0001469589800000031
其中，a＝3～6，R2为乙烯基或氢；硅氧烷环体具体地如三甲基三乙烯基环三硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、五甲基五乙烯基环五硅氧烷、三甲基环三硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、五甲基环五硅氧烷。
优选地，所述烷氧基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
上述硅烷改性聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将多元醇、异氰酸酯、封端剂混合，于40～150℃反应2～10h；
(2)步骤(1)反应完成后，向反应体系加入硅氧烷环体，在酸催化下，于40～100℃反应2～10h；
(3)步骤(2)反应完成后，向反应体系加入烷氧基硅烷和催化剂，于40～100℃反应2～12h，即得到所述的硅烷改性聚合物。
优选地，步骤(2)所述的酸为三氟磺酸、硫酸、固体酸催化剂，优选地酸的用量为多元醇重量的0.1～10％；和/或步骤(3)所述的催化剂为铂系催化剂，优选地铂系催化剂的用量为多元醇重量的0.01～1％。
优选地，所述封端剂为
Figure GDA0001469589800000032
和/或1～4个碳原子的一元醇，其中，n＝1～10，优选地，封端剂的用量为多元醇重量的1～20％。
更优选地，所述封端剂由1，3-二(3-羟基丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷与甲醇或乙醇按0.1～10∶1～10的重量比组成。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例1产物的红外谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
第一步：将100重量份的聚醚多元醇(迈图HMS-203B)、10重量份异氟尔酮二异氰酸酯、0.1重量份1，3-二(3-羟基丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，1重量份乙醇混合后加入到反应釜中，氮气保护，升温至70℃，反应10h，降至室温。
第二步：加入1重量份四甲基四乙烯基环四硅氧烷和0.04份三氟磺酸，升温至80℃，反应8h，降温，加入三甲氧基硅烷1份和0.02份氯铂酸催化剂，100℃反应2h，降温出料，洗涤后得到硅烷改性聚合物。
实施例2
第一步：将100重量份乙二醇、100重量份TDI、10重量份1，3-二(3-羟基丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷、1重量份甲醇混合后加入到反应釜中，氮气保护，升温至50℃，反应5h，降至室温。
第二步：加入10重量份四甲基环四硅氧烷和0.2重量份硫酸，升温至45℃，反应2h，降温，加入30份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和0.07份氯铂酸催化剂，100℃反应2h，降温出料，洗涤后得到硅烷改性聚合物。
实施例3
第一步：将100重量份二羟基封端的聚酯多元醇(骏原化工JY-111)、100重量份4，4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)、10重量份1，3-二(3-羟基丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷、1重量份甲醇混合后加入到反应釜中，氮气保护，升温至50℃，反应5h，降至室温。
第二步：加入10重量份四甲基环四硅氧烷和0.2重量份固体酸(色可赛思292-1酸性树脂)，升温至45℃，反应2h，降温，加入30份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和0.07份卡斯特珀金催化剂，100℃反应2h，降温出料，洗涤后得到硅烷改性聚合物。
实施例4
第一步：将100重量份二羟基封端的聚氨酯(零陵晨光树脂有限公司羟基封端的聚氨酯树脂TPU 6817)、100重量份4，4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)、10重量份1，3-二(3-羟基丙基)-1，1，3，3-四甲基二硅氧烷、1重量份甲醇混合后加入到反应釜中，氮气保护，升温至50℃，反应5h，降至室温。
第二步：加入10重量份四甲基环四硅氧烷和0.2重量份固体酸(色可赛思292-1酸性树脂)，升温至45℃，反应2h，降温，加入30份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和0.07份卡斯特珀金催化剂，100℃反应2h，降温出料，洗涤后得到硅烷改性聚合物。
将所得的硅烷改性聚合物100重量份，增塑剂20重量份，气相二氧化硅10重量份，除湿剂1.2重量份，附着力添加剂2.5重量份，有机锡催化剂0.2重量份搅拌均匀后室温固化24h，测试性能。其中，拉伸强度测试标准：GBT 6037-1985；100％延伸模量：GB11971-89；断裂伸长率：GB/T 30776-2014；硬度测试标准：GB/T230.1-2004。测试结果如下：
Figure GDA0001469589800000051
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种硅烷改性聚合物，由包括如下原料聚合得到：
多元醇100重量份，
异氰酸酯1～100重量份，
硅氧烷环体 1～10重量份，
烷氧基硅烷 1～30重量份；
所述聚合包括如下步骤：
(1)将多元醇、异氰酸酯、封端剂混合，于40～150℃反应2～10h；
(2)步骤(1)反应完成后，向反应体系加入硅氧烷环体，在酸催化下，于40～100℃反应2～10h；
(3)步骤(2)反应完成后，向反应体系加入烷氧基硅烷和催化剂，于40～100℃反应2～12h，即得到所述的硅烷改性聚合物。
2.根据权利要求1所述的硅烷改性聚合物，其特征在于：所述多元醇为聚醚多元醇、二羟基封端的聚氨酯、聚酯多元醇、乙二醇。
3.根据权利要求2所述的硅烷改性聚合物，其特征在于：所述聚醚多元醇为聚乙二醇。
4.根据权利要求1所述的硅烷改性聚合物，其特征在于：所述异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、4,4′-亚甲基双(异氰酸苯酯)、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4′-二异氰酸基-3,3′-二甲基联苯、甲苯二异氰酸酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的硅烷改性聚合物，其特征在于：所述硅氧烷环体为
Figure FDA0002710077610000011
其中，a＝3～6，R2为乙烯基或氢。
6.根据权利要求1或5所述的硅烷改性聚合物，其特征在于：所述硅氧烷环体选自三甲基三乙烯基环三硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、五甲基五乙烯基环五硅氧烷、三甲基环三硅氧烷、四甲基环四硅氧烷、五甲基环五硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的硅烷改性聚合物，其特征在于：所述烷氧基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
8.权利要求1所述硅烷改性聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将多元醇、异氰酸酯、封端剂混合，于40～150℃反应2～10h；
(2)步骤(1)反应完成后，向反应体系加入硅氧烷环体，在酸催化下，于40～100℃反应2～10h；
(3)步骤(2)反应完成后，向反应体系加入烷氧基硅烷和催化剂，于40～100℃反应2～12h，即得到所述的硅烷改性聚合物。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的酸为三氟磺酸、硫酸、固体酸催化剂；步骤(3)所述的催化剂为铂系催化剂。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述酸的用量为多元醇重量的0.1～10％。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述铂系催化剂的用量为多元醇重量的0.01～1％。
12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述封端剂为
Figure FDA0002710077610000021
和/或1～4个碳原子的一元醇，其中，n＝1～10。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述封端剂的用量为多元醇重量的1～20％。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述封端剂由1,3-二(3-羟基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷与甲醇或乙醇按0.1～10∶1～10的重量比组成。
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