一種環(huán)氧有機(jī)硅樹(shù)脂合成探究

徐宏賓

（黑龍江工業(yè)學(xué)院,黑龍江　雞西　158100）

一種環(huán)氧有機(jī)硅樹(shù)脂合成探究

徐宏賓

（黑龍江工業(yè)學(xué)院,黑龍江雞西158100）

摘要：環(huán)氧樹(shù)脂是重要的熱固性樹(shù)脂；有機(jī)硅樹(shù)脂兼有無(wú)機(jī)和有機(jī)材料的雙重性能。利用環(huán)氧樹(shù)脂改性有機(jī)硅樹(shù)脂，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，可大大提高有機(jī)硅綜合性能。本文闡述了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂原理及應(yīng)用，著重對(duì)環(huán)氧有機(jī)硅樹(shù)脂合成進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：有機(jī)硅；環(huán)氧樹(shù)脂；改性；合成

1　概述

環(huán)氧樹(shù)脂是一類高分子化合物的總稱，其分子結(jié)構(gòu)中含有2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基，使用適當(dāng)化學(xué)試劑，該化合物可形成三維網(wǎng)狀固化物。環(huán)氧樹(shù)脂作為膠粘劑、涂料和復(fù)合材料等的樹(shù)脂基體，其制品防水、防霉，耐腐蝕，突出特點(diǎn)是：機(jī)械性能、電絕緣性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性好，樹(shù)脂固化收縮率小。環(huán)氧樹(shù)脂制品不僅使用性能良好，其性價(jià)比也較高。這些突出優(yōu)點(diǎn)使其在機(jī)械、化工、航空、家電、汽車(chē)、水利、建筑工業(yè)等多方面得到廣泛的應(yīng)用。是應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的一類熱固性樹(shù)脂［1］。

然而環(huán)氧樹(shù)脂材料中三維立體交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使分子鏈間缺少滑動(dòng)，碳一碳鍵、碳一氧鍵鍵能較小，表面能較高，內(nèi)應(yīng)力較大、發(fā)脆、高溫下易降解、易受水影響［2］。純環(huán)氧樹(shù)脂的缺點(diǎn)限制其在一些高科技領(lǐng)域的發(fā)展。環(huán)氧樹(shù)脂材料的性能急需改進(jìn)，使其具有更優(yōu)異的綜合性能，以拓寬其應(yīng)用范圍，滿足各方面的需求［3］。

有機(jī)硅樹(shù)脂（即聚硅氧烷），是一類由硅原子和氧原子交替連結(jié)組成骨架，不同的有機(jī)基團(tuán)再與硅原子連結(jié)的聚合物的統(tǒng)稱。有機(jī)硅樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)兼具“有機(jī)基團(tuán)”和“無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)”。因而它將有機(jī)物特性和無(wú)機(jī)物功能集于一身。有機(jī)硅樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)在于：具有優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性和電絕緣性能；表面能低；耐熱性、耐候性較好；防水、防霉菌等。缺點(diǎn)是：但是其力學(xué)性能、附著力、耐磨性、耐溶劑性較差，成本較高［2］。結(jié)合環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)硅兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)兩者的不足，可合成兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的有機(jī)硅環(huán)氧樹(shù)脂。

2　有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂原理及應(yīng)用

是否有一種方法在能降低環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)應(yīng)力的同時(shí)還能增加其韌性、耐高溫性等性能？答案是有。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的—有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂技術(shù)就提供了一種思路。有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，生成類似無(wú)機(jī)硅酸鹽結(jié)構(gòu)。這樣會(huì)使改性的環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性提高；把柔性鏈段引入到環(huán)氧內(nèi)，增加韌性；在樹(shù)脂的表面敷上表面能較低的有機(jī)硅部分，這樣就會(huì)改善表面能較高的環(huán)氧樹(shù)脂的防水性能和防油性能。有機(jī)硅可用作環(huán)氧樹(shù)脂的改性劑，以提高環(huán)氧樹(shù)脂的性能，從而滿足樹(shù)脂材料的高性能化需求。

由于二者的容度參數(shù)（環(huán)氧樹(shù)脂為9.7-11.0，有機(jī)硅樹(shù)脂為7.4～7.8）相差較大，物理共混后易于分層，簡(jiǎn)單的物理改性的效果不及化學(xué)改性。化學(xué)改性主要原理：將一些活性基團(tuán)（例如烷氧基、羥基、羧基、巰基、氨基等）引入到聚硅氧烷鏈的末端或側(cè)鏈上，使聚硅氧烷活性基團(tuán)在催化劑作用下與環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基及仲羥基發(fā)生反應(yīng)，生成嵌段、接枝或互穿網(wǎng)絡(luò)的共聚物，從而改善有機(jī)硅樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂間的相容性，兩種樹(shù)脂的性能得到了互補(bǔ)，因而樹(shù)脂的綜合性能提高了。

環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)改性有機(jī)硅樹(shù)脂常見(jiàn)的有以下4種反應(yīng)類型：（1）縮聚反應(yīng)；（2）環(huán)氧基的開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)；（3）硅氫加成反應(yīng)；（4）引入環(huán)氧基的反應(yīng)。其中縮聚反應(yīng)是指環(huán)氧樹(shù)脂中含的羥基與聚硅氧烷通過(guò)脫醇、脫水、脫氯化氫等小分子進(jìn)行縮合反應(yīng)進(jìn)行共聚；開(kāi)環(huán)反應(yīng)指通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂中環(huán)氧基的開(kāi)環(huán)反應(yīng)與聚硅氧烷進(jìn)行共聚；硅氫加成反應(yīng)，指含有Si—H基的聚硅氧烷與帶有雙鍵的環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生硅氫加成反應(yīng)，進(jìn)行共聚；引入環(huán)氧基的反應(yīng)，例如用四氫苯酐和含氨基的四甲基二硅氧烷為原料，通過(guò)兩步法，合成了一種新型的含環(huán)族環(huán)氧化物的酰亞胺環(huán)硅氧烷。

3　一種環(huán)氧有機(jī)硅樹(shù)脂合成探究

為提高樹(shù)脂柔韌性，采用引入羥基封端和環(huán)氧封端的聚硅氧烷。

原料使用低聚硅氧烷，正硅酸乙酯，偶聯(lián)劑使用聚酰胺。用帶有攪拌器的四口瓶中，按配方量加入羥基封端的聚硅氧烷、偶聯(lián)劑、甲苯，加熱回流，減壓去除溶劑THF，制成柔性有機(jī)硅樹(shù)脂。選擇TDE-85環(huán)氧樹(shù)脂和E-51雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性。

按照配方量，把原料環(huán)氧樹(shù)脂、二甲苯、柔性有機(jī)硅樹(shù)脂的預(yù)聚體裝入四口瓶?jī)?nèi)（帶有冷凝器），充分?jǐn)嚢韬笤偌訜?，回?小時(shí)。當(dāng)溫度升至80-90℃，減壓蒸出溶劑，使固體含量大約達(dá)到80％，等到溫度升高到160-180℃時(shí)，再回流反應(yīng)2小時(shí)，最后減壓蒸出剩余溶劑，環(huán)氧改性的有機(jī)硅樹(shù)脂就合成了。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的異丙醇可防止交聯(lián)。

原料配比：柔性有機(jī)硅樹(shù)脂10g；TDE-85：10％；E-51％。環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量是硅樹(shù)脂的10％。通過(guò)優(yōu)化配比，調(diào)整合成方法，可以制備、合成耐溫性、柔韌性、粘結(jié)性較好的環(huán)氧有機(jī)硅合成樹(shù)脂。將環(huán)氧樹(shù)脂有機(jī)硅鏈引入到硅樹(shù)脂中，改變樹(shù)脂的柔韌性的同時(shí)，還能提高耐溫性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)影響改性質(zhì)量的因素有聚硅氧烷和環(huán)氧樹(shù)脂的種類、分子量、用量、偶聯(lián)劑等。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚硅氧烷的M＜4000，環(huán)氧樹(shù)脂用量為10％，達(dá)到最佳配比。

4　結(jié)束語(yǔ)

有機(jī)硅樹(shù)脂及制品因其優(yōu)良的工藝、力學(xué)和化學(xué)性能，應(yīng)用十分廣泛，在國(guó)防、輕工、橡膠塑料、食品衛(wèi)生等行業(yè)發(fā)揮著舉足輕重的作用。使用有機(jī)或無(wú)機(jī)材料對(duì)有機(jī)硅聚合物進(jìn)行改性，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化，使得有機(jī)硅樹(shù)脂材料的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓寬，尤其在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端領(lǐng)域其應(yīng)用前景將十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱紅軍，王建軍.環(huán)氧樹(shù)脂的生產(chǎn)、消費(fèi)及國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展.中國(guó)氯堿,2002（09）：23-24.

［2］陳志強(qiáng)，黃承亞.有機(jī)硅接枝共聚改性環(huán)氧樹(shù)脂.熱固性樹(shù)脂,2008,23（01）：39-44.

［3］汪明球，杜仕國(guó)，閆軍，崔海萍.有機(jī)硅共聚改性環(huán)氧樹(shù)脂研究進(jìn)展.化工新型材料,2011（06）：5-7.

作者簡(jiǎn)介：徐宏賓（1981—），男，講師，2000年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院，化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：化工，化學(xué)。