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      硅樹脂系列之MQ硅樹脂
      作者:weboss    發布于:2020-05-19 16:26:32    文字:【】【】【
      摘要:有機硅材料兼具有機材料和無機材料的性質,呈現出許多獨特的物理化學性質
      有機硅材料兼具有機材料和無機材料的性質,呈現出許多獨特的物理化學性質,如無毒無味、耐候、電氣絕緣、耐氧化、低表面能、生物惰性、阻燃、憎水性等,已廣泛地應用于國防軍工、能源開發、輕工食品、紡織、電子電氣、機械、建筑、交通運輸、醫療醫藥、日常生活等領域。目前,有機硅產業的核心產品有硅橡膠、硅油、硅烷偶聯劑和硅樹脂4大類。MQ 硅樹脂是有機硅樹脂中的一種,其具有獨特的結構和優異的性能,主要用作有機硅壓敏膠的表面處理劑及增粘劑、硅橡膠的補強填料、有機硅消泡劑、防粘劑、耐高溫涂料、脫模劑等。
      1、MQ樹脂的結構、分類
      MQ硅樹脂是一種結構比較獨特的有機硅樹脂,是由含有四官能度硅氧烷鏈節(SiO4 /2,Q)的有機硅化合物與含有單官能度硅氧烷鏈節(R3SiO1/2,M)的有機硅化合物進行共水解-縮聚反應生成的三維球型結構的硅酮脂。其摩爾質量一般為1000~8000g/mol,具有從粘性流體到固體粉末的狀態,硬而脆,玻璃化轉化溫度( Tg) 范圍很寬。

      一般認為,MQ 硅樹脂為雙層結構緊密球狀體,其中球芯為Si—O 鏈連接、密度較高、聚合度為15~50的籠狀SiO2,球殼為密度較低的R3SiO1/2層。

      MQ 硅樹脂由于球殼上的有機基團R的不同,而具有多種不同的類型:
      當R全是甲基時,稱為甲基MQ硅樹脂或簡稱MQ硅樹脂;當部分R為H時,稱甲基含氫MQ硅樹脂;還有甲基苯基MQ硅樹脂、乙烯基MQ硅樹、苯基MQ硅樹脂、含氟MQ 硅樹脂、MDQ、MTQ 硅樹脂等。MQ硅樹脂的性能及其應用范圍主要取決于其合成工藝條件和分子中有機基團的類型、數量,即M 鏈節和Q鏈節的數量比;其中有機基團R主要是增加與其他組分的相容性起增粘作用,SiO4/2鏈節主要是提高復合材料的強度起補強作用。

      2、MQ樹脂的制備及其應用
      2.1 MQ樹脂的制備
      MQ硅樹脂常用溶膠-凝膠法來制備,其中M鏈節的主要原料是六甲基二硅氧烷( MM) 或三甲基一氯硅烷,Q鏈節的原料主要是水玻璃( 硅酸鈉)或正硅酸乙酯( TEOS) 。因Q鏈節原料的不同,主要分為正硅酸乙酯法和水玻璃法。由正硅酸乙酯制得的產物性能較好,但成本較高,限制了其應用范圍;水玻璃法原料價廉易得,產物性能也較好,具有較大的市場價值。

      2.2 MQ 硅樹脂在硅橡膠中的應用
      硅橡膠具有多種優異的性能,但其壓縮強度和撕裂強度等力學性能較差,不能滿足工藝的要求,需添加填料對其進行改性增強。MQ硅樹脂作補強填料時既能增加橡膠基體強度,又不會使體系粘度增加過快而利于后續操作,并且所制得的硫化膠透明性較好。

      MQ 硅樹脂中的有機部分能提高其與硅橡膠的相容性,起增粘作用;硅氧鏈節能提高硅橡膠的力學強度、內聚強度、剝離強度及耐高溫性能,起補強作用。加成型硫化硅橡膠主要由含乙烯基的生膠、增強填料、含氫硅油交聯劑和鉑催化劑組成。在鉑催化劑作用下,含乙烯基的MQ 樹脂可通過與SiH交聯劑發生硅氫加成反應而與生膠產生化學結合,從而形成三維網狀結構起補強作用。隨著MQ 硅樹脂用量的增加,硅橡膠的硬度、拉伸強度、撕裂強度、粘合性能、交聯密度都逐漸增大到最適值。其原因在于MQ硅樹脂的分子質量相對較小、乙烯基含量相對較高,在硅橡膠中相容性和分散性較好,與硅橡膠發生了化學結合。但當交聯密度過大時,交聯點分布不均勻,形成應力集中,硅橡膠變得硬而脆,在應力作用下硅橡膠易破裂。固化時間隨MQ 用量的增加而延長,這是由于MQ 分子小且乙烯基含量高,能優先與氫基硅油反應,從而延遲了硅氫與乙烯基生膠的反應,直到MQ 消耗完。隨著MQ 樹脂用量的增加,硅橡膠的介電常數增大到最大值而趨近平衡。但MQ 樹脂用量過大,硅橡膠交聯過度,限制了極性基團的活動,從而使介電常數趨于穩定。但硅樹脂的介電性能仍低于一般的橡膠。

      縮合型硫化硅橡膠主要由含端羥基或烷氧基的硅橡膠、補強填料、交聯劑和催化劑組成。在催化劑或受空氣中的水分作用后,交聯劑水解生成硅醇,從而與生膠的硅羥基之間發生縮合反應形成三維網狀結構,硫化成彈性體。MQ硅樹脂與硅橡膠相混時起到增粘補強作用,使硅橡膠具有優異力學性能,但受到電磁輻射、真空紫外照射時,硅橡膠會發生老化、變形、開裂,性能也隨之變差。輻照導致硅橡膠質量減少、性能下降的主要原因是在輻照下硫化膠中未反應的低分子物質的逸出,大分子網狀結構的斷裂,分子鏈的降解或交聯。為使硅橡膠能抗輻射,可以向其中添加抗輻射的填料,如納米TiO2等。

      2.3 MQ 樹脂在壓敏膠中的應用
      有機硅壓敏膠是由硅樹脂(常用MQ 硅樹脂) 、有機硅橡膠、催化劑、交聯劑及其他添加劑組成的一種特殊的膠粘劑。有機硅壓敏膠主要有溶劑型、高固含量型、無溶劑型、乳液型、輻射固化型、樹脂改性型、生物降解型、功能性型等體系。
      由于溶劑型含有大量的揮發性有機物,在固化時,溶劑揮發對環境易造成嚴重的污染。而今環境保護日益受到重視,有機硅壓敏膠產業正以環保低成本型產品為發展主流,以生物降解型、輻射固化型等新產品為研究方向。MQ 硅樹脂主要起增粘補強作用,MQ 樹脂中的硅羥基或乙烯基,分別能與有機硅橡膠的羥基或通過含氫硅氧烷與硅橡膠在催化劑作用下發生縮合反應,由此制備有機硅壓敏膠。
      衡量壓敏膠粘接性能的指標分別是初粘力( tack) T、粘接力( adhesion) A、內聚力( cohesion) C 和粘基力( keying)K,要制得性能優良的壓敏膠,必須考慮如何使得4 種粘接力滿足如下的平衡關系: K > C > A> T。研究得出,硅樹脂與橡膠物料比對壓敏膠性能影響最大,隨硅樹脂用量的增加,壓敏膠內聚力增大,但剝離力減??;隨硅橡膠用量的增加,初粘性增大,但持粘性降低。這是因為,硅橡膠能增加壓敏膠的流動性,從而增加界面粘合力,初粘性強;樹脂用量減少,不利于深層交聯,補強效果不佳,內聚力降低。MQ 樹脂分子質量對壓敏膠粘接性能有較大的影響,因為分子質量的變化使得壓敏膠本體粘度和內聚強度發生改變。分子質量高時,壓敏膠內聚強度高,持粘性好;分子質量低,其本體粘度低,能提高界面粘合力,但聚合物內聚強度低,剝離時易發生內聚性破壞。當MQ 樹脂分子質量分布較寬,數均分子質量在3000左右時,可用于制備壓敏膠。Nicolas研究了丙烯酸類膠粘劑對含有不同質量MQ 硅樹脂的硅氧烷彈性體的粘著性能,以調節膠帶的力學性能( 主要是剝離強度) 。結果表明,彈性體中的MQ硅樹脂用量對改性膠帶的性能有很大影響,且控制彈性體的表面性能是調節剝離力的有效方法。

      2.4 其他應用
      可用于制備耐高溫和強堿的有機硅消泡劑,該消泡劑還具有無毒、環保等優點。通過添加高粘度羥基硅油和MQ 硅樹脂來合成支鏈化程度高的網狀聚合物,以此提高消泡劑的耐高溫、耐強堿性能。用含SiH基或芳烷基的MQ 硅樹脂作交聯劑,在鉑催化劑作用下與含乙烯基、高苯基的硅樹脂合成了含苯基硅樹脂的封裝材料,該材料相容性及透明性較好、硬度較大、折射率高,可用于LED 的封裝及透鏡的制作。用MQ含氫硅油與硅基烯酸酯,在Pt催化作用下,發生硅氫加成反應得到MQ 樹脂改性的羧基硅油。其與氨基硅油乳液合用能賦予織物更好的柔軟、滑爽、豐滿手感。
      3、MQ 硅樹脂的發展前景
      我國已將有機硅材料納入國家中長期發展計劃中,作為重點發展的高新材料。近年來,隨著有機硅化學理論和技術的不斷發展、完善,有機硅產業正朝著高性能、多功能、精細化、復合化的趨勢發展。合成MQ 硅樹脂的原料主要是硅酸鈉,價格便宜;在合成時,也不需要太嚴格地控制各組分之間的比例,合成工藝簡單。MQ 硅樹脂的改性也極為容易,便于制備特殊用途的改性樹脂、研發功能性MQ 硅樹脂,MQ 硅樹脂具有較大的工業化應用潛力和廣泛的用途。

       
       
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