徐宏賓

（黑龍江工業(yè)學(xué)院,黑龍江　雞西　158100）

一種環(huán)氧有機硅樹脂合成探究

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(huán)氧樹脂改性有機硅樹脂，結(jié)合兩者的優(yōu)點，可大大提高有機硅綜合性能。本文闡述了有機硅改性環(huán)氧樹脂原理及應(yīng)用，著重對環(huán)氧有機硅樹脂合成進行探究。

關(guān)鍵詞：有機硅；環(huán)氧樹脂；改性；合成

1　概述

環(huán)氧樹脂是一類高分子化合物的總稱，其分子結(jié)構(gòu)中含有2個或2個以上環(huán)氧基，使用適當化學(xué)試劑，該化合物可形成三維網(wǎng)狀固化物。環(huán)氧樹脂作為膠粘劑、涂料和復(fù)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(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性好，樹脂固化收縮率小。環(huán)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(yōu)點使其在機械、化工、航空、家電、汽車、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脂［1］。

然而環(huán)氧樹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，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)氧樹脂的缺點限制其在一些高科技領(lǐng)域的發(fā)展。環(huán)氧樹脂材料的性能急需改進，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］。

有機硅樹脂（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，不同的有機基團再與硅原子連結(jié)的聚合物的統(tǒng)稱。有機硅樹脂的分子結(jié)構(gòu)兼具“有機基團”和“無機結(jié)構(gòu)”。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(yōu)點在于：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)氧樹脂和有機硅兩種材料的優(yōu)點，彌補兩者的不足，可合成兼具兩者優(yōu)點的有機硅環(huán)氧樹脂。

2　有機硅改性環(huán)氧樹脂原理及應(yīng)用

是否有一種方法在能降低環(huán)氧樹脂內(nèi)應(yīng)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(fā)展起來的—有機硅改性環(huán)氧樹脂技術(shù)就提供了一種思路。有機硅改性環(huán)氧樹脂形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，生成類似無機硅酸鹽結(jié)構(gòu)。這樣會使改性的環(huán)氧樹脂的耐熱性提高；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(huán)氧樹脂的防水性能和防油性能。有機硅可用作環(huán)氧樹脂的改性劑，以提高環(huán)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(shù)（環(huán)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(xué)改性。化學(xué)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(cè)鏈上，使聚硅氧烷活性基團在催化劑作用下與環(huán)氧樹脂的環(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，從而改善有機硅樹脂與環(huán)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(huán)氧樹脂化學(xué)改性有機硅樹脂常見的有以下4種反應(yīng)類型：（1）縮聚反應(yīng)；（2）環(huán)氧基的開環(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(yīng)進行共聚；開環(huán)反應(yīng)指通過環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基的開環(huán)反應(yīng)與聚硅氧烷進行共聚；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)氧樹脂發(fā)生硅氫加成反應(yīng)，進行共聚；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(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，制成柔性有機硅樹脂。選擇TDE-85環(huán)氧樹脂和E-51雙酚A型環(huán)氧樹脂進行改性。

按照配方量，把原料環(huán)氧樹脂、二甲苯、柔性有機硅樹脂的預(yù)聚體裝入四口瓶內(nèi)（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(yīng)2小時，最后減壓蒸出剩余溶劑，環(huán)氧改性的有機硅樹脂就合成了。加入質(zhì)量分數(shù)10％的異丙醇可防止交聯(lián)。

原料配比：柔性有機硅樹脂10g；TDE-85：10％；E-51％。環(huán)氧樹脂的質(zhì)量是硅樹脂的10％。通過優(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)氧有機硅合成樹脂。將環(huán)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(fā)現(xiàn)影響改性質(zhì)量的因素有聚硅氧烷和環(huán)氧樹脂的種類、分子量、用量、偶聯(lián)劑等。研究發(fā)現(xiàn)，當聚硅氧烷的M＜4000，環(huán)氧樹脂用量為10％，達到最佳配比。

4　結(jié)束語

有機硅樹脂及制品因其優(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。使用有機或無機材料對有機硅聚合物進行改性，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化，使得有機硅樹脂材料的應(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：

［1］朱紅軍，王建軍.環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)、消費及國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)進展.中國氯堿,2002（09）：23-24.

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

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

作者簡介：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)。