一种有机硅胶表面亲水处理方法

本发明涉及有机硅胶表面改性，具体涉及一种有机硅胶表面亲水处理方法。

背景技术：

1、有机硅胶以其卓越的性能脱颖而出，其无毒、耐高温和耐严寒等特性令其备受青睐。其优良性能主要取决于分子链上含有大量硅原子，即便在极端气温下，有机硅胶仍能保持其原有的强度和弹性。另外，由于其独特的结构及优良性能，使得有机硅胶可作为各种特殊用途材料而广泛地应用于医学临床、生物相容性材料、建筑密封、食品接触材料等方面。

2、从微观角度看，有机硅胶的分子链呈螺旋状，其中非极性的-ch3基团在分子链外侧存在，以此削弱或抵消主链上的硅氧键的极性。因此，分子链的整体极性较低，从而导致有机硅胶表面具有极强的惰性，呈现较强的疏水性，导致其相容性差，很容易吸附非极性物质和蛋白质，这可能导致细菌聚集并形成菌落，若用于医用材料，长时间留置于人体时会引起感染。另外，有机硅胶表面活性低，对水和绝大多数涂料都不浸润，这就导致涂覆在有机硅胶上的材料附着力稳定性差，大大限制了其应用。因此，需要探索一种有机硅胶表面亲水处理方法以解决实际应用中的问题。

技术实现思路

1、为了解决有机硅胶表面惰性的技术问题，而提供一种有机硅胶表面亲水处理方法。本发明能够将表面惰性的有机硅胶转化为表面亲水，且能够保持较长时间的亲水性。

2、为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种有机硅胶表面亲水处理方法，包括如下步骤：

4、在经过等离子体处理的有机硅胶表面均匀涂覆聚甲基氢硅氧烷，接着在具有聚甲基氢硅氧烷的表面均匀涂覆表面改性液，热力下反应即得到表面亲水的有机硅胶；

5、所述表面改性液包含硅烷偶联剂以及催化剂，所述硅烷偶联剂的分子链一端具有端环氧基团、另一端为硅氧烷基且具有至少一个端烷氧基；

6、所得表面亲水的有机硅胶的静态水接触角小于等于80°。

7、进一步地，所述硅烷偶联剂选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷(kh-561)、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷(kbe-402)、γ-环氧丙氧基三甲基硅烷(kbm-403)、2-(3,4环氧环乙基)乙基三甲氧基硅烷(kbm-303)、3-缩水甘油丙基(二甲氧基)甲基硅烷(kh1872)、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

8、进一步地，所述聚甲基氢硅氧烷中含氢量为1-1.6wt％，氢原子在分子链的侧链；所述有机硅胶为经过硫化的甲基乙烯基硅橡胶，无形态要求，只需表面相对光滑即可；所述催化剂为铂金催化剂，有效铂重量含量1000-5000ppm。

9、进一步地，所述铂金催化剂的质量占所述硅烷偶联剂质量的0.5％-6％；所述聚甲基氢硅氧烷在所述有机硅胶的表面涂覆量为0.1-1g/cm2；所述表面改性液在具有聚甲基氢硅氧烷的有机硅胶表面的涂覆量为0.1-3g/cm2。

10、进一步地，所述等离子体处理的工艺条件参数如下：处理功率100-300w，处理时间50-300秒，处理时的气体为氧气，气体流量60-200sccm，在负压、常温下处理。

11、进一步地，所述热力下反应的温度为50℃～150℃、反应时间为1min～30min。

12、有益技术效果：

13、本发明先将有机硅胶进行等离子体处理，获得活性有机硅胶，然后在其表面均匀涂覆聚甲基氢硅氧烷，接着再涂覆含端环氧基团的硅烷偶联剂与铂金催化剂的表面改性液，之后在热力下反应即可制得表面亲水的有机硅胶；

14、本发明方法中有机硅胶表面经过等离子体处理后会在表面产生一定量的活性羟基，再依次涂覆聚甲基氢硅氧烷和含端环氧基团的硅烷偶联剂的表面改性液，由于这两者相容性较好，因此涂覆完聚甲基氢硅氧烷后无需晾干或烘干可直接再涂覆硅烷偶联剂，在热力条件下以及铂金催化剂催化下，环氧基团开环与聚甲基氢硅氧烷中的si-h键结合，形成si-c化学键合，由此硅烷偶联剂通过化学键合在聚甲基氢硅氧烷的侧链上，在本发明原理下，偶联剂其亲水性的烷氧基团会裸露在表面，形成致密且稳定亲水层，反应原理如图1所示，其中环氧基团开环与聚甲基氢硅氧烷中的si-h键结合形成si-c化学键合的反应原理如图2所示，图1和图2中硅烷偶联剂以kh560例；

15、本发明可显著提高有机硅胶表面的亲水性，将有机硅胶表面接触角从＞90°转变为＜90°，尤其可以达到接触角≤60°，有效解决了有机硅胶表面惰性问题；制备的亲水性有机硅胶因其表面均为化学键合，其亲水稳定性具有一定保证，能保持较长时间的表面亲水性。

技术特征：

1.一种有机硅胶表面亲水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种有机硅胶表面亲水处理方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基三甲基硅烷、2-(3,4环氧环乙基)乙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油丙基(二甲氧基)甲基硅烷(kh1872)、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种有机硅胶表面亲水处理方法，其特征在于，所述聚甲基氢硅氧烷中含氢量为1-1.6wt％，氢原子在分子链的侧链；所述有机硅胶为经过硫化的甲基乙烯基硅橡胶，无形态要求，只需表面相对光滑即可；所述催化剂为铂金催化剂，有效铂重量含量1000-5000ppm。

4.根据权利要求1所述的一种有机硅胶表面亲水处理方法，其特征在于，所述铂金催化剂的质量占所述硅烷偶联剂质量的0.5％-6％；所述聚甲基氢硅氧烷在所述有机硅胶的表面涂覆量为0.1-1g/cm2；所述表面改性液在具有聚甲基氢硅氧烷的有机硅胶表面的涂覆量为0.1-3g/cm2。

5.根据权利要求1所述的一种有机硅胶表面亲水处理方法，其特征在于，所述等离子体处理的工艺条件参数如下：处理功率100-300w，处理时间50-300秒，处理时的气体为氧气，气体流量60-200sccm，在负压、常温下处理。

6.根据权利要求1所述的一种有机硅胶表面亲水处理方法，其特征在于，所述热力下反应的温度为50℃～150℃、反应时间为1min～30min。

技术总结
本发明涉及一种有机硅胶表面亲水处理方法，包括如下步骤：在经过等离子体处理的有机硅胶表面均匀涂覆聚甲基氢硅氧烷，晾干后，在具有聚甲基氢硅氧烷的表面均匀涂覆表面改性液，热力下反应即得到表面亲水的有机硅胶；所述表面改性液包含硅烷偶联剂以及催化剂，所述硅烷偶联剂的分子链一端具有端环氧基团、另一端具有至少一个端烷氧基；所得表面亲水的有机硅胶的静态水接触角小于等于60°；本发明有效解决了有机硅胶表面惰性问题；制备的亲水性有机硅胶因其表面均为化学键合，其亲水稳定性具有一定保证，本发明方法制得的亲水硅橡胶表面亲水性保持时间较长。

技术研发人员：郝冬冬,闫秋羽
受保护的技术使用者：常州大学怀德学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11