聚硅氧烷改性环氧树脂的研究进展介绍

    环氧树脂陂广泛应用于电子器件封装、胶黏剂、涂料及塑封料等领域。固化后的环氧树脂呈三维立体网状结构,分子链间缺少滑动,碳碳键、碳氧键键能较小,表面能较高等原因,导致其内应力较大、发脆、高温下易降解、易受水影响,这很大程度上限制了它在某些高技术领域中的应用,所以对j不氧树脂进行改性成为研究的热点。

    聚硅氧烷因其具有热稳定性好、耐氧化、憎水、耐候性和低温柔韧性好等优点,成为近年发展起来的既能降低环氧树脂内应力,又能增加环氧树脂韧性、耐高温性等性能的材料。下面对聚硅氧烷改性j不氧树脂研究现状进行综述。

    1・环氧树脂增韧的研究

    1.1橡胶改性环氧树脂增韧研究

    橡胶弹性体通过其活性端基(如羟基、羧基、氨基)与环氧树脂中的活性基团(如环氧基、羟基等)反应形成嵌段聚合物,正确控制反应性橡胶在环氧树脂体系中的相分离过程是增韧成功的关键。

    用橡胶弹性体改性的环氧树脂在一定程度上虽然增加了体系的韧性,但是在高温下却由于弹性体的主链上含有不饱和键而会使体系很容易裂解和氧化。

    1.2热塑性工程塑料改性环氧树脂增韧研究由于橡胶体改性环氧树脂所存在的一些缺陷,科技工作者的研究热点逐渐转向耐热性好、模量高的热塑性工程塑料。热塑性工程塑料是作为增韧剂加入到环氧树脂中,它能够形成与基体环氧树脂互锁的共连续相和颗粒分散相,从而使环氧树脂的韧性提高。而且耐热性也得到了提高,但是热塑性工程塑料溶解性差、流动性不好,导致改性体系的成型工艺性变差,树脂的黏结强度变低,还需寻求新方法来提高环氧树脂的韧性。

    1.3聚硅氧烷改性环氧树脂增韧研究

    聚硅氧烷不仅具有有机材料的特点,还兼备了无机材料的优良特性,可以在很宽的温度范围内保持物理性能不变,尤其是在高温条件下具有优异的韧性和热稳定性。将聚硅氧烷的优良特性引入环氧树脂体系,使环氧树脂因脆硬带来的内应力大、抗冲击性差的缺陷得到较好的改善,耐高温性、耐热老化性、耐潮湿性也得到提高,同时又保持了环氧树脂固有的优良的黏接性、机械强度、耐化学药品性及简易的成型工艺。

    2・聚硅氧烷改性环氧树脂的方法

    环氧树脂的溶度参数为10.09,而聚硅氧烷的溶度参数为7.40~7.50,两者的溶度参数相差较大,根据溶度参数相近的原则,相容性问题是聚硅氧烷改性环氧树脂的关键所在。目前聚硅氧烷改性环氧树脂的方法有物理共混与化学共聚两类。

    2.1物理共混

    物理共混改性是将聚硅氧烷和环氧树脂进行简单的混合。由于两相界面张力大,呈多相分离结构,改性的效果就不明显,因此采用以下2种方法提高两者的相容性。

    2.1.1采用相容剂或硅烷偶联剂

    相容剂或硅烷偶联剂都是作为过渡相来改善二者的相容性。其中硅烷偶联剂可以在2种物质界面起架桥作用。

    周智峰等人用端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)和环氧树脂为原料等合成了1种相容剂,它能够很好地改善环氧基体和PDMS的相容性。而且改性体系随着PDMS含量的增加,体系的热稳定性和韧性也逐渐增加。当PDMS的质量分数增加到10时,增韧的效果好,冲击强度可提高到未改性时的1.5倍。

    谢国先等人研究了氨基硅烷偶联剂对提高环氧涂层(CYD-128)与钢铁基底材料的附着力的作用。测试结果表明,氨基硅烷偶联剂在极少量水分的条件下就能够水解形成硅羟基,添加氨基硅烷偶联剂的涂层与底材之间有化学键作用,能够显著提高涂层与底材的附着力,与纯环氧涂层相比,可以提高5~6MPa。

    2.1.2聚硅氧烷分子结构中引入相容基团

    在聚硅氧烷分子中引入一些极性很强的可以和聚合物发生强烈的物理作用的基团,如氢键、离子与离子、离子与偶极等。

    MinagawaNaoaki用1种含芳基的聚硅氧烷与环氧树脂相结合,制备了耐热性环氧树脂复合材料。由于芳基具有一定的极性,使聚硅氧烷与环氧树脂之间溶解参数的差值降低,相容性提高。

    2.2化学共聚

    化学共聚是利用聚硅氧烷上的活性端基(如羟基、氨基、烷氧基)与环氧树脂中的环氧基、羟基进行反应,生成接枝或嵌段共聚物,从而解决相容性的问题;并在固化结构中引入稳定和柔性的Si―O键,提高环氧树脂的断裂韧性。

    2.2.1含羟基或烷氧基的聚硅氧烷

    (1)聚硅氧烷的烷氧基与环氧树脂中的仲羟基反应生成ROH,形成稳定的硅一氧一烷键。朱化雨等人采用三甲氧基硅烷和苯基甲基二甲氧基硅烷合成的聚苯基甲基硅氧烷(PS)改性环氧树脂E一20,通过环氧值、红外光谱分析,发现,聚硅氧烷接枝上了环氧树脂且环氧值保持不变,当E一20与PS质量比为100:25时,改性产物的耐热性明显提高。Shyue―tzooLin等用PDMS和聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)改性环氧树脂,PDMS和PMPS中的RO一基团与环氧树脂中的仲羟基反应,生成1种接枝聚合物。经热失重分析(TGA),结果表明,改性后的聚合物的热稳定性明显提高,而且阻燃性也得到改善。

    (2)聚硅氧烷的羟基与环氧树脂中的仲羟基反应生成H2O,且形成稳定的硅一氧一烷键。田军等人以环氧树脂6101和羟基封端的PDMS为原料,在有机锡盐的催化下反应生成稳定的Si―O―C键。TGA显示,改性树脂的耐热性要高于未改性树脂的。

    (3)聚硅氧烷的羟基与环氧树脂中的环氧基发生开环反应,形成稳定的硅一氧一烷键。

    S.Ahmad等人通过环氧树脂的环氧基与聚硅氧烷分子链上的羟基发生开环反应制备了聚硅氧烷改性环氧树脂(ESR)。改性后的产物以聚酰胺为固化剂.,通过分析对比得知固化体系较未改性体系的热稳定性显著提高,且以ESR为基体所制备的涂料:具有较好的导热和防腐性能。
 2.2.2带氨基的聚硅氧烷

    王盾等人_1z_采用带有氨丙基的氨基硅油改性环氧树脂。结果表明:氨基硅油成功接枝到环氧树脂链上,由于氨基硅油的氨基含量对改善环氧树脂的力学性能起决定作用,通过试验得知,用摩尔分数为50,4的氨基硅油来改性环氧树脂可以较好地改善环氧树脂的力学性能,提高环氧树脂柔韧性和耐热性。

    2.2.3含硅氢基的聚硅氧烷

    硅氢加成反应是利用含有Si―H键的聚硅氧烷与不饱和环氧化合物在一定催化剂作用下进行的加成反应。此反应过程中不消耗环氧基,且生成的Si―C键耐水解性好,改性产物的耐热性和韧性也有明显提高。

    费晓亮等人以乙烯基环氧环己烷和低含氢硅油为原料,在自制催化剂的作用下,制备了Si―C型聚硅氧烷环氧树脂。结果表明,合成的改性产品透明度好,性能优越,适用范围较广。

    Tsung―HanHo等人利用PDMS改性邻甲酚醛环氧树脂,通过硅氢加成得到的改性产物的热膨胀系数和弯曲模量系数降低,玻璃化转变温度()几乎不变,内应力减小。

    2.2.4其他类型的聚硅氧烷

    S.K.Rath等人通过氨酯键合成了聚硅氧烷改性环氧树脂,改性后的产物较未改性环氧树脂的表面能显著降低,表面变得粗糙,以此为基体所制备的双组分防污涂料具有大的吸附能力,可以应用于船舶表面涂覆等领域。

    3・展望

    目前聚硅氧烷改性环氧树脂虽然已经取得了较大进展,但改性产物中的聚硅氧烷一般以“海岛”状分散相形式存在,微相粒径小、分布均匀以及溶解度参数和环氧树脂相近的聚硅氧烷对改性产物性能的提高更加有利,所以人们还会继续寻找更好的制备聚硅氧烷微相细微化、均匀化方法,开发出具有新的官能团的聚硅氧烷以更好地提高其与环氧树脂的相容性。另外,在保证改性的环氧树脂具有良好性能的前提下实现室温固化仍是亟待需要解决的重要问题。同时,发展无污染、低污染的环境友好型聚硅氧烷环氧树脂是今后的发展方向。