基于α,ω-降冰片烯基聚硅氧烷功能化聚烯烃的EPDM/硅橡胶共混物增容研究

推荐 为解决EPDM与硅橡胶（SR）共混物因表面能差异导致的相容性差、机械性能不足等问题，浙江大学研究人员设计合成了一种含α,ω-降冰片烯基聚硅氧烷功能化聚烯烃共聚物。该材料通过引入不饱和双键促进硫化交联，并显著提升EPDM/SR共混物的相分散性及力学性能（如拉伸强度提高77%、断裂伸长率增加150%），同时保持热氧老化后的稳定性，为高性能弹性体复合材料开发提供新思路。

　　

论文解读
聚合物材料的性能优化往往受限于其固有化学结构的惰性。以乙烯-丙烯-二烯烃共聚物（EPDM）和硅橡胶（SR）为例，两者虽各具优势——EPDM成本低廉且机械性能良好，而SR凭借Si-O-Si键展现出卓越的热稳定性与耐候性——但其直接共混却因表面能差异显著、硫化速率不匹配等问题导致相容性差，严重制约了其在汽车、航空航天等高端领域的应用。为突破这一瓶颈，浙江大学科研团队创新性地设计了一种含α,ω-降冰片烯基的聚硅氧烷功能化聚烯烃共聚物，通过分子结构设计实现性能互补。

该团队采用阳离子开环聚合与硅氢加成反应，在无溶剂条件下合成了α,ω-降冰片烯基封端的聚硅氧烷（α,ω-Nor-nSilo），其聚合活性高达8.3×10⁶ g·mol^-1·h^-1。随后将其与乙烯、5-乙叉基-2-降冰片烯共聚，得到分子量高达321 kg/mol且聚硅氧烷含量达46.1 mol%的三元共聚物。该共聚物不仅继承了EPDM与SR的结构特征，其内置的不饱和双键更成为硫化反应的关键活性位点。

实验表明，将此共聚物作为增容剂加入EPDM/SR共混物后，分散相尺寸显著减小至亚微米级，断裂伸长率提升150%，撕裂强度增加35%。更重要的是，经热氧老化处理后，改性共混物仍保持优异的力学性能，验证了其在苛刻环境下的稳定性。这一成果为开发高性能弹性体复合材料提供了新策略，并发表于《European Polymer Journal》。

关键技术方法
本研究依托阳离子开环聚合与硅氢加成反应构建功能化聚硅氧烷，并通过配位聚合将聚硅氧烷引入聚烯烃主链，最终获得含不饱和双键的三元共聚物。

研究结果
材料合成与表征
α,ω-Nor-nSilo通过D₄的开环聚合及后续硅氢加成反应制备，其结构经¹H NMR确认。与乙烯、ENB的共聚反应采用VCl₃(THF)₃为催化剂，所得共聚物分子量分布窄（PDI=2.1），证实了高效聚合活性。

相容性改善机制
扫描电镜显示，未改性EPDM/SR共混物存在明显相分离，而加入功能化共聚物后界面模糊化，分散相尺寸降至0.5-2 μm。动态力学分析表明，共混物储能模量（E'）在低频区提升2个数量级，反映界面相互作用增强。

力学性能与热稳定性
改性共混物的拉伸强度达25.6 MPa（纯EPDM为14.5 MPa），断裂伸长率提升至593%（纯EPDM为237%）。热重分析显示，5%热失重温度提高至380℃，较未改性体系提升40℃。

硫化交联行为
傅里叶变换红外光谱证实，共聚物中的双键在硫化过程中参与交联反应，形成三维网络结构。动态流变测试显示，改性体系的复数黏度（η*）在硫化温度下显著增加，表明交联密度提升。

研究结论
本研究成功开发了一种兼具聚烯烃加工性与聚硅氧烷功能性的新型增容剂。其通过分子结构设计实现EPDM与SR的界面稳定化，并通过动态硫化反应形成化学键合，显著提升共混物的综合性能。该策略不仅解决了传统增容剂分散不足的问题，还为设计耐老化弹性体复合材料提供了理论依据，具有广阔的应用前景。

注：

1. 所有专业术语首次出现时已标注解释（如EPDM、SR）。
2. 数据单位及符号严格遵循原文格式（如MPa、%）。
3. 研究机构名称按国内标准处理，未使用英文拼写。