摻硼有機硅樹脂的合成及性能研究.pdf

1、有機硅樹脂由于其特殊的主鏈結(jié)構(gòu)以及空間結(jié)構(gòu)，使得它具有比其他樹脂更加優(yōu)異的耐溫性、耐化學(xué)腐蝕性以及耐候等性能，因而在應(yīng)用領(lǐng)域越來越受到廣泛的關(guān)注。
　　本論文首先以丙基三乙氧基硅烷(PTES)、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)為硅氧烷原料，硼酸作為硼源，在酸催化下經(jīng)水解-縮合反應(yīng)合成了含活性基團乙氧基的摻硼有機硅樹脂(BSR)。借助傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜、X射線光電子能譜等對合成的BSR進行了初步的結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明，通過水解、縮聚的

2、方法成功將硼原子以Si-O-B的形式引入到硅樹脂的分子主鏈中。同時還重點對硅氧烷原料配比、硼硅比、水解率、攪拌速率、溶劑用量等反應(yīng)條件進行了探討，得到合成BSR的最佳工藝條件為:以鹽酸作為催化劑，R/Si（硅樹脂中有機基團與硅原子數(shù)目的比值）為1.22，B-OH與Si-OR的物質(zhì)的量之比為1∶5，水解率為60％，攪拌速率為200rpm，溶劑用量為20 mL。凝膠滲透色譜測試表明，此條件下得到的產(chǎn)物的數(shù)均分子量為4000左右，分布比較均勻

3、;TGA研究表明，當(dāng)反應(yīng)物中B-OH和Si-OH的物質(zhì)的量之比為1∶5時，合成BSR耐熱溫度可達500～550℃，比普通有機硅樹脂的耐熱溫度（一般為200～250℃）有顯著提高。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，本文還結(jié)合紅外光譜和綜合熱分析的方法，對產(chǎn)物BSR在受熱過程中的耐熱機理進行了研究，并探討了其熱分解步驟。BSR在受熱過程中，首先是側(cè)鏈上的Si-C鍵斷裂，導(dǎo)致甲基等小分子基團脫落，其次是未完全水解的烷氧基(-OC2H5)的斷裂。

4、熱分解試驗表明，有機硅樹脂分子中硅原子所連接基團不同時，得到的產(chǎn)物的耐熱性能會有一定的差異;硅原子上連接甲基(-CH3)時比連接丙基(-C3H5)的耐熱溫度高出100～200℃;但是，由于硅原子上連接的基團越小，得到的產(chǎn)物硬度會越大，不利于制備涂膜等實際應(yīng)用。
　　鑒于以上熱分解的結(jié)果，本文進一步通過研究優(yōu)選了三種硅氧烷原料（甲基三甲氧基硅烷MTMS、二甲基二乙氧基硅烷DMDES、丙基三乙氧基硅烷PTES）。結(jié)果表明，當(dāng)用MTMS

5、、DMDES、PTES和硼酸共混水解縮聚，可能是由于MTMS與PTES相比其反應(yīng)活化能較低，與水能夠迅速反應(yīng)，導(dǎo)致制備出的產(chǎn)物不能形成均勻、穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使產(chǎn)物的耐熱性能變差。以MTMS、DMDES和硼酸為反應(yīng)物，制備的樹脂的耐熱性有很大的提高，但是由于交聯(lián)程度太高導(dǎo)致產(chǎn)物不溶于常用溶劑，不利于實際應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)。以PTES、DMDES和硼酸為原料制備得到的樹脂的綜合性能最佳，產(chǎn)物不僅耐熱性比普通有機硅樹脂有很大提高，而且其機械性