一种环氧有机硅树脂合成探究

2014-12-23徐宏宾

山东工业技术 2014年13期

关键词：有机硅合成环氧树脂

徐宏宾

（黑龙江工业学院,黑龙江　鸡西　158100）

一种环氧有机硅树脂合成探究

徐宏宾

（黑龙江工业学院,黑龙江鸡西158100）

摘要：环氧树脂是重要的热固性树脂；有机硅树脂兼有无机和有机材料的双重性能。利用环氧树脂改性有机硅树脂，结合两者的优点，可大大提高有机硅综合性能。本文阐述了有机硅改性环氧树脂原理及应用，着重对环氧有机硅树脂合成进行探究。

关键词：有机硅；环氧树脂；改性；合成

1　概述

环氧树脂是一类高分子化合物的总称，其分子结构中含有2个或2个以上环氧基，使用适当化学试剂，该化合物可形成三维网状固化物。环氧树脂作为胶粘剂、涂料和复合材料等的树脂基体，其制品防水、防霉，耐腐蚀，突出特点是：机械性能、电绝缘性能优良，化学稳定性好，树脂固化收缩率小。环氧树脂制品不仅使用性能良好，其性价比也较高。这些突出优点使其在机械、化工、航空、家电、汽车、水利、建筑工业等多方面得到广泛的应用。是应用领域最为广泛的一类热固性树脂［1］。

然而环氧树脂材料中三维立体交联网状结构，使分子链间缺少滑动，碳一碳键、碳一氧键键能较小，表面能较高，内应力较大、发脆、高温下易降解、易受水影响［2］。纯环氧树脂的缺点限制其在一些高科技领域的发展。环氧树脂材料的性能急需改进，使其具有更优异的综合性能，以拓宽其应用范围，满足各方面的需求［3］。

有机硅树脂（即聚硅氧烷），是一类由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团再与硅原子连结的聚合物的统称。有机硅树脂的分子结构兼具“有机基团”和“无机结构”。因而它将有机物特性和无机物功能集于一身。有机硅树脂的优点在于：具有优异的热氧化稳定性和电绝缘性能；表面能低；耐热性、耐候性较好；防水、防霉菌等。缺点是：但是其力学性能、附着力、耐磨性、耐溶剂性较差，成本较高［2］。结合环氧树脂和有机硅两种材料的优点，弥补两者的不足，可合成兼具两者优点的有机硅环氧树脂。

2　有机硅改性环氧树脂原理及应用

是否有一种方法在能降低环氧树脂内应力的同时还能增加其韧性、耐高温性等性能？答案是有。近年来发展起来的—有机硅改性环氧树脂技术就提供了一种思路。有机硅改性环氧树脂形成立体网状结构，生成类似无机硅酸盐结构。这样会使改性的环氧树脂的耐热性提高；把柔性链段引入到环氧内，增加韧性；在树脂的表面敷上表面能较低的有机硅部分，这样就会改善表面能较高的环氧树脂的防水性能和防油性能。有机硅可用作环氧树脂的改性剂，以提高环氧树脂的性能，从而满足树脂材料的高性能化需求。

由于二者的容度参数（环氧树脂为9.7-11.0，有机硅树脂为7.4～7.8）相差较大，物理共混后易于分层，简单的物理改性的效果不及化学改性。化学改性主要原理：将一些活性基团（例如烷氧基、羟基、羧基、巯基、氨基等）引入到聚硅氧烷链的末端或侧链上，使聚硅氧烷活性基团在催化剂作用下与环氧树脂的环氧基及仲羟基发生反应，生成嵌段、接枝或互穿网络的共聚物，从而改善有机硅树脂与环氧树脂间的相容性，两种树脂的性能得到了互补，因而树脂的综合性能提高了。

环氧树脂化学改性有机硅树脂常见的有以下4种反应类型：（1）缩聚反应；（2）环氧基的开环聚合反应；（3）硅氢加成反应；（4）引入环氧基的反应。其中缩聚反应是指环氧树脂中含的羟基与聚硅氧烷通过脱醇、脱水、脱氯化氢等小分子进行缩合反应进行共聚；开环反应指通过环氧树脂中环氧基的开环反应与聚硅氧烷进行共聚；硅氢加成反应，指含有Si—H基的聚硅氧烷与带有双键的环氧树脂发生硅氢加成反应，进行共聚；引入环氧基的反应，例如用四氢苯酐和含氨基的四甲基二硅氧烷为原料，通过两步法，合成了一种新型的含环族环氧化物的酰亚胺环硅氧烷。

3　一种环氧有机硅树脂合成探究

为提高树脂柔韧性，采用引入羟基封端和环氧封端的聚硅氧烷。

原料使用低聚硅氧烷，正硅酸乙酯，偶联剂使用聚酰胺。用带有搅拌器的四口瓶中，按配方量加入羟基封端的聚硅氧烷、偶联剂、甲苯，加热回流，减压去除溶剂THF，制成柔性有机硅树脂。选择TDE-85环氧树脂和E-51双酚A型环氧树脂进行改性。

按照配方量，把原料环氧树脂、二甲苯、柔性有机硅树脂的预聚体装入四口瓶内（带有冷凝器），充分搅拌后再加热，回流2小时。当温度升至80-90℃，减压蒸出溶剂，使固体含量大约达到80％，等到温度升高到160-180℃时，再回流反应2小时，最后减压蒸出剩余溶剂，环氧改性的有机硅树脂就合成了。加入质量分数10％的异丙醇可防止交联。

原料配比：柔性有机硅树脂10g；TDE-85：10％；E-51％。环氧树脂的质量是硅树脂的10％。通过优化配比，调整合成方法，可以制备、合成耐温性、柔韧性、粘结性较好的环氧有机硅合成树脂。将环氧树脂有机硅链引入到硅树脂中，改变树脂的柔韧性的同时，还能提高耐温性。同时发现影响改性质量的因素有聚硅氧烷和环氧树脂的种类、分子量、用量、偶联剂等。研究发现，当聚硅氧烷的M＜4000，环氧树脂用量为10％，达到最佳配比。