透明有机硅材料在涂层与粘胶方面的应用

杨震 李玉洁 赵景铎 安静 杨潇珂 张燕红

摘 要：就有机硅材料具有优异的柔韧性、耐高低温、耐紫外辐射、防潮、绝缘等性能被广泛应用于建筑、电子电器，纺织、日用化工、医疗等行业;而透明有机硅橡胶因具有美观性好、透光率高的优势而备受青睐，且在电子器件方面较好的应用前景。概述了透明有机硅材料在涂层/涂膜、密封胶、灌封胶方面的应用，并对未来的发展方向做出了展望。

关键词：透明;改性;透明有机硅材料

中图分类号：TQ219       文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0031-04

Transparent organic silicon materialapplication on coating and viscose

YANG Zhen，LI Yujie，ZHAO Jingduo，AN Jing，YANG Xiaoke，ZHANG Yanhong

（Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450007，China）

Abstract：

The features of organic silicone materials such as excellent flexibility，temperature resistance，UV radiation resistance，moisture resistance and insulation are widely used in various industries including construction，electronics and electrical appliances，textile，daily chemical and medical.Transparent silicone rubber is favored because of its advantages of good aesthetics and high light transmittance as well as its potential application prospect in electronic devices.In this paper，the applications of transparent silicone materials in coating/film，sealant and potting sealant，and the direction of future development is prospected.

Key words：

transparent;modification;transparent organic silicon material

随着人们生活质量的提高，对透明材料的需求也渐渐增大，传统的透明材料可分为有机材料和无机材料两种，以玻璃为代表的無机材料其应用时间久且应用范围广，但脆性大;而以聚碳酸酯为代表的有机材料常用于车灯等装饰品中，但耐温性、耐老化性差，且长期使用过程中容易黄变。相比于上述材料，透明有机硅材料本身兼具有机和无机材料的特点，不仅能够克服以上的缺点，还因其加工工艺的多变，从液体透明胶粘剂到固体透明胶膜可满足多种应用的需求。

透明有机硅材料在涂层与粘胶方面的应用主要集中在以下3个方面：涂层/涂膜、密封胶、灌封胶，文中以灌封胶的应用与发展为主分析、展望。

1 涂层/涂膜

随着电子科技的不断发展，人们对电子元器件和功率模块的体积需求变得越来越小，随之对性能的要求越来越高，与之相匹配的封装材料也要满足在苛刻环境下的性能稳定。有机硅材料因其良好的耐高、低温能力和电性能，而常被作为一种涂覆材料越来越多的应用到集成电路上。美国道康宁（DowCorning）公司较早开发了一种用于半导体器件的新型光学透明有机硅涂料，这种高纯涂料可以直接涂装到半导体芯片或混合电路上，起到保护半导体表面不被污染，以及防α粒子辐射的作用[1]。采用处理后的白炭黑和MQ有机硅树脂作为补强剂，得到了具有高透明度和高强度的有机硅涂覆剂[2];该涂覆剂的优势在于其解决了传统涂覆剂易发白的问题。以透明粘稠硅树脂为原料，采用多种硅氧烷复配为交联剂，另加入混合催化剂和复配阻燃剂，最后加入芳烃溶剂，制得一种表干时间短且阻燃性能达到UL94 V0，透光率超过90%的高透明有机硅涂层，满足了在实际应用中电路板生产线涂覆的要求[3]。

有机硅超疏水性薄膜具有防水、自清洁、防雾和防腐蚀等许多独特的表面性能[4-7]，在建筑工业、汽车行业、金属防腐行业和生物医学行业等领域有着广阔的应用前景。以石油醚溶解未固化的脱肟型硅酮胶制得溶液，在玻璃片表面采用浸渍提拉法形成涂膜，该涂膜经450 ℃温度热处理1 h后其可见光透过率超过85%，与水的接触角达160°，滚动角小于2°，证明此涂膜具有良好的透光率和疏水性[8]。以疏水纳米SiO2和中性硅酮结构胶为主要原料，采用喷涂的方法在玻璃表面制备出超疏水的透明有机硅胶复合涂层，该涂层水接触角可达169.8°，透光率可达为82.9%，疏水性较前者好，但透光性较前者稍差[9]。

有机硅硬质涂料大多具有硬度高、耐磨、透明、耐辐射、低温不脆化和耐高温的性质，目前主要应用于树脂镜片的耐磨涂料。利用溶胶-凝胶法研制了一种可应用于有机玻璃镜片表面保护的有机硅涂料，该涂料是将硅烷偶联剂（KH-560）、钛酸酯和正硅酸乙酯3种助剂进行共水解，经过热固化后，此涂料的透过率可达90%以上，硬度达到了ShoreA6，耐热性较好，且基材有较好的附着性，综合性能优良[10]。另外，将有机硅作为成膜剂，乙醇为溶剂，纳米氧化锑锡（ATO）浆料为隔热剂，制备了透明的有机硅纳米ATO隔热涂料，该涂料对玻璃粘接性良好，隔热温差可达12～15 ℃，可见光透过率在80%以上，该涂层既不影响玻璃的透光性，又起到了隔热的作用[11]。

2 密封胶

单组分室温硫化的有机硅密封胶具备优异的耐低温性、耐热性、耐老化性以及电绝缘性，且较双组分产品使用方便，因而在电子、机械、建筑、道路以及化工等各个领域中的应用越来越广泛[12-13]。按照其缩合反应脱去小分子种类的不同，可将市售的透明胶分为脱醇、脱肟、脱酸型透明胶3种类型，其中脱酸型透明胶主要应用在水族馆玻璃的粘接密封中;脱肟型在其固化过程中释放的小分子丁酮肟是一种溶剂，其对铜、PC等材料有微小腐蚀，所以主要应用于建筑行业;而脱醇型缩合释放出的低分子醇无味、对金属几乎没有腐蚀性、粘接性较好且固化速度可调，因而其应用范围更广[14]。将烷氧基封端的聚硅氧烷作为基础聚合物，配合除水剂和自制有机钛催化剂制得了一种脱醇型透明密封胶，该密封胶解决了传统脱醇密封胶贮存性能差的问题，试验中还发现由于体系中烷氧基封端的聚硅氧烷本身就有交联活性，所以交联剂对此密封胶的整体性能影响不大;而偶联剂的选择对其粘接性起到了决定性的作用[15]。以107硅橡胶为基胶，乙烯基三甲氧基硅烷为交联剂，有机锡络合物为催化剂，添加白炭黑补强填料及其他助剂，研制了一种新型的透明单组分脱醇硅酮密封胶，其室温贮存期可超过9个月，广泛应用于电子电器、建筑物及汽车配件的粘接及密封[16]。以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为基胶，配以混合交联剂，用疏水气硅作为补强填料，从而制得脱肟型透明密封胶，并研究了基胶粘度、交联剂种类、气硅用量对胶性能的影响[17]。研究了不同偶联剂对脱肟型透明胶的粘接情况，发现偶联剂随着活性基团数目的增加，粘接性能提高，不同类型偶联剂复配可以达到更好的粘接效果[18]。通过控制聚硅氧烷的粘度和气硅用量成功制备一种具有自流平特性，且耐高低温和耐黄变的脱肟型密封胶，此胶适用于玻璃基材的填缝密封和结构粘接[19]。

相较于传统的有机硅透明胶，新型改性的透明密封胶也开始崭露头角，其中有机硅改性聚醚密封胶继承了硅酮和聚氨酯弹性密封胶的优点，因而发展迅速[20-22]。以端硅烷基聚醚为基础聚合物，气相法白炭黑作為补强填料与触变剂，并采用有机锡类催化剂制备得到了一种性能优异的透明改性胶，该胶透明度高（2 mm厚胶片透光率便可达86%）、耐候性好、高抗形变位移能力，且具有较好的粘接性，是一种新型的环境友好型材料。以经硅烷改性的聚氨酯（SPU）预聚体为基础聚合物、气相白炭黑作为补强填料，制备得到一种透明的SPU密封胶，其综合性能优于传统单一的透明硅酮和聚氨酯密封胶[24]。

3 灌封胶

加成型有机硅灌封材料由于在固化时无小分子物质放出，因而较缩合型硅橡胶更加清洁环保，并且其收缩率极低，交联结构易调控，应力小，较易制得高纯度、高透明以及阻燃的产品。另外，其在使用时无腐蚀性、流动性好、固化条件温和，具有工艺简单、快捷、高效节能的优点，被研究者们一致认为是具有发展前途的新型电子工业用材料[25-32]。目前，有机硅透明灌封胶的应用研究受到越来越多的关注。对多种加成型透明有机硅材料进行电缆插座尾端封装的工艺试验，确定了适合电缆插座尾端密封的透明有机硅灌封胶[29]。用乙烯基硅树脂、含氢硅油与四甲基四乙烯基环四硅氧烷（偶联剂）在铂金催化剂的条件下进行加成反应，制得无色透明的有机硅电子绝缘灌封胶，该胶耐热性良好且透光率高达95%，可作为对透光性要求高的电子元器件的灌封材料[30]。通过对乙烯基硅油和含氢硅油的结构特性，同补强填料体系的相容性和增粘剂的种类等进行研究，制备出同时兼具力学、光学和粘接性能的有机硅灌封胶，通过加入纳米氧化铝得到了具有导热性的透明有机硅灌封胶[31]。通过向加成体系中引入偶联剂制得一种可室温固化且具有一定粘接力的加成型灌封胶[32]。通过添加自制增粘剂、纳米导热填料以及含乙烯基MQ硅树脂的补强剂，制得一种加成型透明导热灌封胶[33];将五氧化二锑与改性氮化铝引入到透明灌封胶中，制备了一种透明阻燃导热灌封胶[34]。通过调节乙烯基硅油与含氢硅油比例制得一种有机硅灌封透明凝胶，可用于精密电子元器件或者透明度及复原要求高的模块电源和线路板的灌封保护[35]。

与大多数加成型有机硅相比，缩合型有机硅灌封胶具有室温固化的优点，因而关于缩合型灌封胶的研究也逐渐开展起来了。采用合成补强剂的方法使灌封胶室温硫化后形成一个超大型三维立体骨架结构，有效的提高了该灌封胶的机械性能和光学性能，可应用在电子元器件、精密水表或电表中的浇注与密封[36]。通过在A组分中加入水和多元醇提高了缩合型灌封胶的固化深度，同时加入补强填料硅树脂提高了灌封胶的强度，制得了一种可深度固化、透明的双组分缩合型有机硅胶粘剂[36]。

4 结语

（1）目前我国有机硅透明材料的发展有了较快的速度，应用领域也越来越广泛在，但市售产品与国外产品相比，产品种类较为单一;

（2）缩合型透明有机硅粘接性能优异，且室温固化，使用方便;但其完全固化速度较慢，深度固化能力差，研发一种可以深度快速固化的室温胶将有更大的市场;

（3）加成型透明有机硅固化速度快，适合深度固化以及面与面的贴合，但目前存在粘接性能差，为提高其粘接力还常常需要加热固化，这很难满足一些工艺条件，因此提升加成型硅胶室温固化的粘接力是未来的发展方向;（4）通过使用环氧改性有机硅单体的方法来提高有机硅的粘接力及强度，此种方法扩展了透明有机硅材料的应用领域，不过也存在工艺不够成熟，成本较高的缺点;但是，随着科学技术的发展，未来会有很大的市场。

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