一種環氧有機硅樹脂合成探究

徐宏賓

（黑龍江工業學院，黑龍江　雞西　158100）

一種環氧有機硅樹脂合成探究

徐宏賓

（黑龍江工業學院，黑龍江雞西158100）

【摘要】環氧樹脂是重要的熱固性樹脂；有機硅樹脂兼有無機和有機材料的雙重性能。利用環氧樹脂改性有機硅樹脂，結合兩者的優點，可大大提高有機硅綜合性能。本文闡述了有機硅改性環氧樹脂原理及應用，著重對環氧有機硅樹脂合成進行探究。

【關鍵詞】有機硅；環氧樹脂；改性；合成

1　概述

環氧樹脂是一類高分子化合物的總稱，其分子結構中含有2個或2個以上環氧基，使用適當化學試劑，該化合物可形成三維網狀固化物。環氧樹脂作為膠粘劑、涂料和復合材料等的樹脂基體，其制品防水、防霉，耐腐蝕，突出特點是：機械性能、電絕緣性能優良，化學穩定性好，樹脂固化收縮率小。環氧樹脂制品不僅使用性能良好，其性價比也較高。這些突出優點使其在機械、化工、航空、家電、汽車、水利、建筑工業等多方面得到廣泛的應用。是應用領域最為廣泛的一類熱固性樹脂[1]。

然而環氧樹脂材料中三維立體交聯網狀結構，使分子鏈間缺少滑動，碳一碳鍵、碳一氧鍵鍵能較小，表面能較高，內應力較大、發脆、高溫下易降解、易受水影響[2]。純環氧樹脂的缺點限制其在一些高科技領域的發展。環氧樹脂材料的性能急需改進，使其具有更優異的綜合性能，以拓寬其應用范圍，滿足各方面的需求[3]。

有機硅樹脂（即聚硅氧烷），是一類由硅原子和氧原子交替連結組成骨架，不同的有機基團再與硅原子連結的聚合物的統稱。有機硅樹脂的分子結構兼具“有機基團”和“無機結構”。因而它將有機物特性和無機物功能集于一身。有機硅樹脂的優點在于：具有優異的熱氧化穩定性和電絕緣性能；表面能低；耐熱性、耐候性較好；防水、防霉菌等。缺點是：但是其力學性能、附著力、耐磨性、耐溶劑性較差，成本較高[2]。結合環氧樹脂和有機硅兩種材料的優點，彌補兩者的不足，可合成兼具兩者優點的有機硅環氧樹脂。

2　有機硅改性環氧樹脂原理及應用

是否有一種方法在能降低環氧樹脂內應力的同時還能增加其韌性、耐高溫性等性能？答案是有。近年來發展起來的—有機硅改性環氧樹脂技術就提供了一種思路。有機硅改性環氧樹脂形成立體網狀結構，生成類似無機硅酸鹽結構。這樣會使改性的環氧樹脂的耐熱性提高；把柔性鏈段引入到環氧內，增加韌性；在樹脂的表面敷上表面能較低的有機硅部分，這樣就會改善表面能較高的環氧樹脂的防水性能和防油性能。有機硅可用作環氧樹脂的改性劑，以提高環氧樹脂的性能，從而滿足樹脂材料的高性能化需求。

由于二者的容度參數(環氧樹脂為9.7-11.0，有機硅樹脂為7．4～7．8)相差較大，物理共混后易于分層，簡單的物理改性的效果不及化學改性。化學改性主要原理：將一些活性基團（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鏈上，使聚硅氧烷活性基團在催化劑作用下與環氧樹脂的環氧基及仲羥基發生反應，生成嵌段、接枝或互穿網絡的共聚物，從而改善有機硅樹脂與環氧樹脂間的相容性，兩種樹脂的性能得到了互補，因而樹脂的綜合性能提高了。

環氧樹脂化學改性有機硅樹脂常見的有以下4種反應類型：1)縮聚反應；2)環氧基的開環聚合反應；3)硅氫加成反應；4)引入環氧基的反應。其中縮聚反應是指環氧樹脂中含的羥基與聚硅氧烷通過脫醇、脫水、脫氯化氫等小分子進行縮合反應進行共聚；開環反應指通過環氧樹脂中環氧基的開環反應與聚硅氧烷進行共聚；硅氫加成反應 ，指含有Si—H基的聚硅氧烷與帶有雙鍵的環氧樹脂發生硅氫加成反應，進行共聚；引入環氧基的反應，例如用四氫苯酐和含氨基的四甲基二硅氧烷為原料，通過兩步法，合成了一種新型的含環族環氧化物的酰亞胺環硅氧烷。

3　一種環氧有機硅樹脂合成探究

為提高樹脂柔韌性，采用引入羥基封端和環氧封端的聚硅氧烷。

原料使用低聚硅氧烷，正硅酸乙酯，偶聯劑使用聚酰胺。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、偶聯劑、甲苯，加熱回流，減壓去除溶劑THF，制成柔性有機硅樹脂。選擇TDE-85環氧樹脂和E-51雙酚A型環氧樹脂進行改性。

按照配方量，把原料環氧樹脂、二甲苯、柔性有機硅樹脂的預聚體裝入四口瓶內（帶有冷凝器），充分攪拌后再加熱，回流2小時。當溫度升至80-90℃，減壓蒸出溶劑，使固體含量大約達到80％，等到溫度升高到160-180℃時，再回流反應2小時，最后減壓蒸出剩余溶劑，環氧改性的有機硅樹脂就合成了。加入質量分數10％的異丙醇可防止交聯。

原料配比：柔性有機硅樹脂10g；TDE-85：10％；E-51％。環氧樹脂的質量是硅樹脂的10％。通過優化配比，調整合成方法，可以制備、合成耐溫性、柔韌性、粘結性較好的環氧有機硅合成樹脂。將環氧樹脂有機硅鏈引入到硅樹脂中，改變樹脂的柔韌性的同時，還能提高耐溫性。同時發現影響改性質量的因素有聚硅氧烷和環氧樹脂的種類、分子量、用量、偶聯劑等。研究發現，當聚硅氧烷的M＜4000，環氧樹脂用量為10％，達到最佳配比。

4　結束語

有機硅樹脂及制品因其優良的工藝、力學和化學性能，應用十分廣泛，在國防、輕工、橡膠塑料、食品衛生等行業發揮著舉足輕重的作用。使用有機或無機材料對有機硅聚合物進行改性，可以實現結構功能一體化，使得有機硅樹脂材料的應用領域大大拓寬，尤其在高新技術產業和尖端領域其應用前景將十分廣闊。

【參考文獻】

[1] 朱紅軍，王建軍.環氧樹脂的生產、消費及國內外生產技術進展.中國氯堿,2002(9)：23-24

[2] 陳志強，黃承亞.有機硅接枝共聚改性環氧樹脂.熱固性樹脂,2008,23(1)：39-44

[3] 汪明球，杜仕國，閆軍，崔海萍.有機硅共聚改性環氧樹脂研究進展.化工新型材料,2011,39(6)：5-7

【作者簡介】

徐宏賓（1981年-），男，講師，2000年畢業于黑龍江科技學院，化學工程與工藝專業，研究方向：化工，化學。