[go: up one dir, main page]

RU2550364C1 - Method of modifying polydimethylsiloxane - Google Patents

Method of modifying polydimethylsiloxane Download PDF

Info

Publication number
RU2550364C1
RU2550364C1 RU2013151468/04A RU2013151468A RU2550364C1 RU 2550364 C1 RU2550364 C1 RU 2550364C1 RU 2013151468/04 A RU2013151468/04 A RU 2013151468/04A RU 2013151468 A RU2013151468 A RU 2013151468A RU 2550364 C1 RU2550364 C1 RU 2550364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
kgy
polydimethylsiloxane
radiation
modifying
polymer
Prior art date
Application number
RU2013151468/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013151468A (en
Inventor
Эльдар Парпачевич Магомедбеков
Лидия Николаевна Панкратова
Николай Александрович Тихонов
Кирилл Владимирович Ужегов
Анатолий Александрович Фенин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Priority to RU2013151468/04A priority Critical patent/RU2550364C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550364C1 publication Critical patent/RU2550364C1/en
Publication of RU2013151468A publication Critical patent/RU2013151468A/en

Links

Images

Landscapes

  • Silicon Polymers (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods of modifying polydimethylsiloxane by methods of radiation polymerisation. Claimed is a method of modifying polydimethylsiloxane by the action of ionising radiation on a polymer under the pressure not higher than 10-4 mm Hg, with the application for the modification of an octamethylcyclotetrasiloxane admixture, contained in the polymer. For this purpose used is X-ray radiation of the average energy ~30 keV in the interval of doses from 5 to 20 kGy or gamma-radiation Co60 in the interval of doses from 5 to 20 kGy.
EFFECT: possibility of obtaining polydimethylsiloxane with improved physical-chemical characteristics by the technological method, which does not require the application of organic solvents.
2 cl, 3 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области химии высоких энергий, в частности к способу модифицирования полидиметилсилоксана, и может быть использовано для получения новых кремнийсодержащих материалов широкого спектра применения, в т.ч. биологически инертных полимеров, а также материалов, устойчивых к действию излучений.The invention relates to the field of high energy chemistry, in particular to a method for modifying polydimethylsiloxane, and can be used to obtain new silicon-containing materials with a wide range of applications, including biologically inert polymers, as well as materials resistant to radiation.

Известно, что модифицирование полимеров, в т.ч. полиметилсилоксана, методами радиационной полимеризации и радиационной прививочной полимеризации служит эффективным способом изменения их физико-химических характеристик. Однако поиск возможностей модифицирования без дополнительного введения модификаторов привел к необходимости изучения механизма радиолиза полидиметилсилоксана и неизбежно образующихся в процессе синтеза примесей.It is known that the modification of polymers, including polymethylsiloxane, methods of radiation polymerization and radiation grafting polymerization is an effective way to change their physico-chemical characteristics. However, the search for modification possibilities without additional introduction of modifiers made it necessary to study the mechanism of radiolysis of polydimethylsiloxane and impurities inevitably formed during synthesis.

Известен способ модификации полидиметилсилоксанового каучука облучением ультрафиолетовым светом в присутствии фотоинициатора, в качестве которого используют органические карбонилсодержащие соединения ряда ароматических кетонов и хинонов (Патент РФ №2196784, кл. C08G 77/38).A known method of modifying polydimethylsiloxane rubber by irradiation with ultraviolet light in the presence of a photoinitiator, which is used as organic carbonyl-containing compounds of a number of aromatic ketones and quinones (RF Patent No. 2196784, CL C08G 77/38).

Однако этот способ использует карбонилсодержащие хиноны и кетоны, которые не только модифицируют полиметилсилоксановые каучуки, но и вносят в состав материала фоточувствительные группы, которые могут стимулировать деструкцию материала, особенно в присутствии кислорода воздуха.However, this method uses carbonyl-containing quinones and ketones, which not only modify polymethylsiloxane rubbers, but also introduce photosensitive groups into the composition of the material, which can stimulate the destruction of the material, especially in the presence of atmospheric oxygen.

Известно фотохимическое окисление полидиметилсилоксана (Israeli Y. etc. Photooxidation of PDMS oils. Effect of dimetylene groops// Polym. Degrad. &Stab. 1993. V.42. №3. Р.267-279) за счет раскрытия имеющихся двойных связей.Known photochemical oxidation of polydimethylsiloxane (Israeli Y. etc. Photooxidation of PDMS oils. Effect of dimetylene groops // Polym. Degrad. & Stab. 1993. V.42. No. 3. P.267-279) due to the disclosure of the existing double bonds.

Наиболее близким является способ прямого модифицирования полидиметилсилоксана действием ионизирующего излучения на смесь порошка полиорганосилоксана с модифицирующей добавкой, т.е. полимером, содержащим двойные связи, и позволяющим вести прививку к низкомолекулярным ПДМС-каучукам непредельных соединений (АС 176069, БИ 1965 г., №21).The closest is the method of direct modification of polydimethylsiloxane by the action of ionizing radiation on a mixture of polyorganosiloxane powder with a modifying additive, i.e. a polymer containing double bonds and allowing grafting to low molecular weight PDMS rubbers of unsaturated compounds (AC 176069, BI 1965, No. 21).

Однако этот способ не позволяет получать материалы на основе полидиметилсилоксана, не содержащие двойные связи, как очевидно из приведенного прототипа.However, this method does not allow to obtain materials based on polydimethylsiloxane that do not contain double bonds, as is obvious from the above prototype.

Техническим результатом изобретения является улучшение физико-химических свойств материала, упрощение процесса и улучшение экологии за счет того, что дополнительно не используются органические растворители.The technical result of the invention is to improve the physicochemical properties of the material, simplify the process and improve the environment due to the fact that organic solvents are not used additionally.

Этот технический результат достигается способом модифицирования полидиметилсилоксана действием ионизирующего облучения на полимер при давлении не более 10-4 мм рт.ст., причем при облучении реагирует содержащаяся в полимере примесь октаметилциклотетрасилоксана.This technical result is achieved by the method of modifying polydimethylsiloxane by the action of ionizing radiation on the polymer at a pressure of not more than 10 -4 mm Hg, and when irradiated, the admixture of octamethylcyclotetrasiloxane contained in the polymer reacts.

Для облучения используют рентгеновское излучение трубки 5БХВ-Wt средней энергии ~30 кэВ в диапазоне доз от 5 до 20 кГр или гамма-излучение Co60 в интервале доз от 5 до 20 кГр.For irradiation using x-ray tube 5BHV-Wt average energy of ~ 30 keV in the dose range from 5 to 20 kGy or gamma radiation Co 60 in the dose range from 5 to 20 kGy.

Предлагается способ модификации полидиметилсилоксана (ПДМС) без дополнительного введения реагентов, заключающийся в том, что облучение проводят в вакууме в присутствии сшивающего агента, в качестве которого используется октаметилциклотетрасилоксан (Д4), содержащийся в матрице ПДМС блок-сополимеров в качестве примеси в несвязанном состоянии в количестве ~8%, в интервале температур 150-300K и доз ионизирующего излучения 5-20 кГр. Такое модифицирование приводит к пришиванию Д4 к матрице ПДМС и предотвращению выпотевания или испарения несвязанной примеси из материала. Кроме того, модифицирование приводит к улучшению механических свойств материала: увеличению динамической вязкости и относительного удлинения (фиг.2 и 3). На фиг.2 приведена зависимость динамической вязкости пленочных образцов блок-сополимера БСП 20:5 от скорости сдвига (1 - до облучения, 2-10 кГр, 3-30 кГр, 4-70 кГр). Измерение динамической вязкости проводилось на приборе Rheostress с контролируемой скоростью сдвига с измерительной ячейкой плоскость-плоскость (d=20 мм, зазор 0,5 мм при Т=90±0,1°C). Показано, что при дозах 0-30 кГр динамическая вязкость при увеличении скорости сдвига на два порядка меняется незначительно. Однако по соображениям экономической целесообразности мы остановились на дозах 5-20 кГр. Это происходит вследствие образования сшивок с октаметилциклотетрасилоксаном. При увеличении поглощенной дозы до 70 кГр динамическая вязкость значительно изменяется.A method for modifying polydimethylsiloxane (PDMS) without additional reagents is proposed, which involves irradiation in a vacuum in the presence of a crosslinking agent, which uses octamethylcyclotetrasiloxane (D 4 ), which is contained in the PDMS matrix of block copolymers as an impurity in an unbound state in the amount of ~ 8%, in the temperature range of 150-300K and doses of ionizing radiation of 5-20 kGy. This modification leads to the sewing of D 4 to the PDMS matrix and to prevent sweating or evaporation of unbound impurities from the material. In addition, the modification leads to an improvement in the mechanical properties of the material: an increase in dynamic viscosity and elongation (FIGS. 2 and 3). Figure 2 shows the dependence of the dynamic viscosity of the film samples of the BSP 20: 5 block copolymer on shear rate (1 - before irradiation, 2-10 kGy, 3-30 kGy, 4-70 kGy). The dynamic viscosity was measured on a Rheostress instrument with a controlled shear rate with a plane-plane measuring cell (d = 20 mm, a gap of 0.5 mm at T = 90 ± 0.1 ° C). It has been shown that at doses of 0-30 kGy, the dynamic viscosity changes slightly with an increase in the shear rate by two orders of magnitude. However, for reasons of economic feasibility, we settled on doses of 5-20 kGy. This is due to the formation of crosslinks with octamethylcyclotetrasiloxane. When the absorbed dose is increased to 70 kGy, the dynamic viscosity changes significantly.

Измерение относительного удлинения проводилось на универсальной разрывной машине Tinius Olsen H5KS с датчиком нагрузок до 250 Н. На фиг.3 приведена зависимость относительного удлинения пленок блок-сополимера БСП 10:5 в интервале доз облучения 0-40 кГр. Видно, что в указанном интервале доз относительное удлинение возрастает в 1.5-2 раза. Модуль упругости при этом изменялся в пределах погрешности измерения.The elongation was measured on a Tinius Olsen H5KS universal tensile testing machine with a load sensor of up to 250 N. Figure 3 shows the dependence of the elongation of the films of the BSP block copolymer 10: 5 in the range of radiation doses of 0-40 kGy. It can be seen that in the indicated dose range, the relative elongation increases by 1.5–2 times. The elastic modulus in this case varied within the measurement error.

Изобретение относится к способу радиационной прививочной полимеризации полидиметилсилоксана, не имеющей в своем составе активных групп, но содержащей примесь октаметилциклотетрасилоксана, образующего под действием ионизирующего излучения катион-радикалы, способные образовывать связи (сшивки) с радикалами ПДМС матрицы.The invention relates to a method for radiation grafting polymerization of polydimethylsiloxane, which does not contain active groups, but contains an admixture of octamethylcyclotetrasiloxane, which forms radical cations capable of forming bonds (crosslinking) with radicals of the PDMS matrix under the action of ionizing radiation.

Именно в результате исследования механизма радиационно-химических реакций, а также изучения дозной зависимости образования стабильных продуктов радиолиза нами предлагается данный способ модифицирования материалов из полидиметилсилоксана. В качестве источников ионизирующего излучения нами использовались рентгеновские лучи трубки 5БХВ6-Вт (30 кэВ) и гамма-излучение Co60 на источнике К-120000, мощность дозы 0,1 кГр/ч.It is as a result of studying the mechanism of radiation-chemical reactions, as well as studying the dose dependence of the formation of stable radiolysis products, we propose this method of modifying materials from polydimethylsiloxane. As sources of ionizing radiation, we used X-rays of the 5BXB6-W (30 keV) tube and Co 60 gamma radiation at the K-120000 source, dose rate of 0.1 kGy / h.

Облучение проводится в вакуумированных стеклянных ампулах. Все модифицируемые образцы представляют прозрачные пленки толщиной ~100 мкм и 200 мкм, вакуумированные до остаточного давления 10 Па. Дозы облучения составляли 0-70 кГр (дозная зависимость образования гель-фракции представлена на фиг.1). Видно, что увеличение доли гель-фракции идет до дозы ~30 кГр.Irradiation is carried out in evacuated glass ampoules. All modified samples are transparent films with a thickness of ~ 100 μm and 200 μm, evacuated to a residual pressure of 10 Pa. The radiation dose was 0-70 kGy (the dose dependence of the formation of the gel fraction is presented in figure 1). It is seen that an increase in the fraction of the gel fraction goes up to a dose of ~ 30 kGy.

Предложенный механизм модификации полидиметилсилоксана в т.ч. в составе блок-сополимеров включает следующие стадии:The proposed mechanism for the modification of polydimethylsiloxane including in the composition of block copolymers includes the following stages:

- Образование радикала Si-CH2 матрицы ПДМС- The formation of the radical Si-CH 2 matrix PDMS

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

- Образование дистонического катион-радикала Д4 и раскрытие цикла- The formation of a dystonic cation radical D 4 and the opening of the cycle

Figure 00000004
Figure 00000004

- Образование сшивки- Crosslinking

Figure 00000005
Figure 00000005

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

Пример 1. 30% раствор полимера в толуоле наносят на стеклянную подложку и сушат в течение 2 часов при комнатной температуре. После сушки толщина пленки составляет ~100 мкм. После приготовления пленок их помещают в ампулы, вакуумируют до остаточного давления 10 Па (10-4 мм рт.ст.) и облучают на источнике Co60 дозой 5 кГр при температуре 300 K. Относительное удлинение при разрыве 20%. Динамическая вязкость 105 Па·сExample 1. A 30% solution of the polymer in toluene is applied to a glass substrate and dried for 2 hours at room temperature. After drying, the film thickness is ~ 100 μm. After preparation of the films, they are placed in ampoules, vacuum to a residual pressure of 10 Pa (10 -4 mm Hg) and irradiated at a source of Co 60 with a dose of 5 kGy at a temperature of 300 K. Relative elongation at break of 20%. Dynamic viscosity 10 5 Pa · s

Пример 2. 30% раствор полимера в толуоле наносят на стеклянную подложку и сушат в течение 2 часов при комнатной температуре. После сушки толщина покрытия составляет ~100 мкм. После приготовления пленок они помещаются в ампулу из стекла СК-4Б, вакуумируются до остаточного давления 10 Па и облучаются рентгеновскими лучами трубки 5БХВ6-Wt (~30 кэВ) дозой 15 кГр при температуре 300 K. Относительное удлинение при разрыве 30%. Динамическая вязкость 5·105 Па·с.Example 2. A 30% solution of the polymer in toluene is applied to a glass substrate and dried for 2 hours at room temperature. After drying, the coating thickness is ~ 100 μm. After preparation of the films, they are placed in an ampoule of SK-4B glass, evacuated to a residual pressure of 10 Pa and irradiated with X-rays of a 5BXB6-Wt tube (~ 30 keV) with a dose of 15 kGy at a temperature of 300 K. Relative elongation at break of 30%. Dynamic viscosity 5 · 10 5 Pa · s.

Пример 3. 30% раствор полимера наносят на целлофановую пленку, натянутую на стеклянное кольцо диаметром 90 мм и сушат в течение суток, толщина получаемой пленки составляет 200±5% мкм. После приготовления пленок они помещаются в ампулу из стекла СК-4Б, вакуумируются до остаточного давления 10 Па и облучаются на источнике Co60 дозой 20 кГр при температуре 300 K. Относительное удлинение при разрыве 25%. Динамическая вязкость 5·105 Па·с.Example 3. A 30% polymer solution is applied to a cellophane film stretched on a glass ring with a diameter of 90 mm and dried for a day, the thickness of the resulting film is 200 ± 5% μm. After preparation of the films, they are placed in an ampoule of SK-4B glass, evacuated to a residual pressure of 10 Pa and irradiated at a Co 60 source with a dose of 20 kGy at a temperature of 300 K. Elongation at break of 25%. Dynamic viscosity 5 · 10 5 Pa · s.

Преимуществами данного способа модифицирования полидиметилсилоксана являются:The advantages of this method of modifying polydimethylsiloxane are:

отсутствие необходимости введения какого-либо реагента в матрицу блок-сополимера, полидиметилсилоксана, т.е. упрощение способа модификации;no need for introducing any reagent into the matrix of the block copolymer, polydimethylsiloxane, i.e. simplification of the modification method;

отсутствие растворителей, т.е. отсутствие загрязнения окружающей среды;lack of solvents i.e. lack of environmental pollution;

использованные для модифицирования дозы облучения (5-20 кГр) в 100 раз меньше, чем в случае прототипа;used to modify the radiation dose (5-20 kGy) is 100 times less than in the case of the prototype;

отсутствие возможности вытекания, испарения либо выпотевания примеси октаметилциклотетрасилоксана из материала в процессе его эксплуатации;lack of the possibility of leakage, evaporation or sweating of an impurity of octamethylcyclotetrasiloxane from the material during its operation;

улучшение механических свойств и эластичности (т.е. способности к удлинению, а не разрыву или растрескиванию) материала в процессе его эксплуатации в полях ионизирующих излучений, резкой смены температур.improving the mechanical properties and elasticity (i.e., the ability to elongate, rather than tear or crack) of the material during its operation in the fields of ionizing radiation, a sharp change in temperature.

В пределах предлагаемых доз (5-20 кГр) такое модифицирование проходит избирательно и приводит к улучшению свойств материала.Within the proposed doses (5-20 kGy), this modification is selective and leads to improved material properties.

Claims (2)

1. Способ модифицирования полидиметилсилоксана действием ионизирующего излучения на полимер, отличающийся тем, что облучение проводят при давлении не более 10-4 мм.рт.ст., причем используют для модифицирования содержащуюся в полимере примесь октаметилциклотетрасилоксана.1. The method of modifying polydimethylsiloxane by the action of ionizing radiation on a polymer, characterized in that the irradiation is carried out at a pressure of not more than 10 -4 mm Hg, and the admixture of octamethylcyclotetrasiloxane contained in the polymer is used for modification. 2. Способ модифицирования полидиметилсилоксана по п.1, отличающийся тем, что для облучения используют рентгеновское излучение средней энергии ~30 кэВ в интервале доз от 5 до 20 кГр или гамма-излучение Co60 в интервале от 5 до 20 кГр. 2. The method of modifying polydimethylsiloxane according to claim 1, characterized in that for irradiation using x-rays of an average energy of ~ 30 keV in the dose range from 5 to 20 kGy or gamma radiation Co 60 in the range from 5 to 20 kGy.
RU2013151468/04A 2013-11-20 2013-11-20 Method of modifying polydimethylsiloxane RU2550364C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151468/04A RU2550364C1 (en) 2013-11-20 2013-11-20 Method of modifying polydimethylsiloxane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151468/04A RU2550364C1 (en) 2013-11-20 2013-11-20 Method of modifying polydimethylsiloxane

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2550364C1 true RU2550364C1 (en) 2015-05-10
RU2013151468A RU2013151468A (en) 2015-05-27

Family

ID=53284819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013151468/04A RU2550364C1 (en) 2013-11-20 2013-11-20 Method of modifying polydimethylsiloxane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2550364C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2196784C2 (en) * 2001-03-30 2003-01-20 Кемеровский государственный университет Method of modifying polydimethylsiloxane rubber
WO2003030940A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-17 University Of Florida Method for the surface modification of silicone surfaces

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2196784C2 (en) * 2001-03-30 2003-01-20 Кемеровский государственный университет Method of modifying polydimethylsiloxane rubber
WO2003030940A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-17 University Of Florida Method for the surface modification of silicone surfaces

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013151468A (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Han et al. Tough, self-healable and tissue-adhesive hydrogel with tunable multifunctionality
Lee et al. Effect of cyclic compression and curing agent concentration on the stabilization of mechanical properties of PDMS elastomer
Brounstein et al. Long-term thermal aging of modified sylgard 184 formulations
Sideridou et al. Sorption of water, ethanol or ethanol/water solutions by light-cured dental dimethacrylate resins
Palsule et al. Gamma irradiation of silicones
EP4058501A1 (en) Functional oligomers and functional polymers including hydroxylated polymers and conjugates thereof and uses thereof
Fan et al. Modified cellulose nanocrystals are used to enhance the performance of self-healing siloxane elastomers
Zhang et al. Design of the novel polyaniline/polysiloxane flexible nanocomposite film and its application in gas sensor
Dascalu et al. Synthesis of silicone elastomers containing trifluoropropyl groups and their use in dielectric elastomer transducers
Wang et al. UV-triggered thiol–disulfide exchange reaction towards tailored biodegradable hydrogels
Corcione et al. UV-curable epoxy systems containing hyperbranched polymers: Kinetics investigation by photo-DSC and real-time FT-IR experiments
Cole et al. Evaluation of thiol‐ene click chemistry in functionalized polysiloxanes
Segura et al. Radiation modification of silicone rubber with glycidylmethacrylate
Magami et al. Gelation studies on acrylic acid‐based hydrogels via in situ photo‐crosslinking and rheology
Scanone et al. Visible-light photopolymerization of epoxy-terminated poly (dimethylsiloxane) blends: Influence of the cycloaliphatic monomer content on the curing behavior and network properties
Vidil et al. Control of gelation and network properties of cationically copolymerized mono-and diglycidyl ethers
Guchait et al. Synthesis of Polyetheramine-Grafted Epoxidized Natural Rubber and Its Role in Humidity Adhesive Sensors
RU2550364C1 (en) Method of modifying polydimethylsiloxane
Ge et al. Synthesis and evaluation of novel siloxane-methacrylate monomers used as dentin adhesives
Zavala-Lagunes et al. Synthesis and characterization of stimuli-responsive polypropylene containing N-vinylcaprolactam and N-vinylimidazole obtained by ionizing radiation
Jung et al. INFLUENCE OF PHOTO-INITIATOR CONCENTRATION ON THE VIABILITY OF CELLS ENCAPSULATED IN PHOTO-CROSSLINKED MICROGELS FABRICATED BY MICROFLUIDICS.
Ranaweera et al. Effect of moisture on cationic polymerization of silicone epoxy monomers
Meng et al. Oil resistance and mechanical properties of polysiloxane nanocomposites prepared by in situ reaction of reactive polar monomers
Miwa et al. Characterization of ozone-degraded composite of crosslinked polydimethylsiloxane with silica in water
Ekinci et al. Polyglycerol-based polymer network films for potential biomedical applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171121