苯基硅氧烷和硅硼樹脂在耐高溫涂層的應(yīng)用
時間:2006-08-02
苯基硅氧烷線型梯型聚合物（ LPPS ）首先由 Brown 報道了其合成和立體結(jié)構(gòu)。由于其雙分子鏈和獨(dú)特的性能引起了國內(nèi)外聚合物研究者的極大興趨。該材料同常規(guī)的聚硅氧烷相比具有優(yōu)異的耐水解性，在空氣中具有極好的耐熱氧老化性能。 LPPS 不能熔化，但確能夠溶于芳烴和鹵代烴溶劑，并能澆鑄成為無色透明的耐熱氧老化的薄膜。由于其結(jié)構(gòu)中含有非極性的側(cè)基，分子鏈又為鋼性鏈，表現(xiàn)為弱極性，對金屬等基材的粘附力極差，不能用于耐高溫涂層的基體樹脂。聚硼硅氧烷（ PBP ）是一個耐高性良好的樹脂，粘附力好，可用于膠粘劑和高溫涂層，但是耐水性較差，一般需要經(jīng)過高溫碳化。通過 LPPS 和 PBP 的相互改性，可以相互發(fā)揮其特長，在涂料和膠粘劑中進(jìn)行應(yīng)用。本文主要對其合成和應(yīng)用進(jìn)行了研究，所得材料可以在 180 ℃ 國化，在 310 ℃能夠經(jīng)受 500hr 的考驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)部分 1 合成： LPPS ：苯基三氯硅烷溶于溶劑，在 5 ℃水解反應(yīng) 4hr ，在有機(jī)相中生成含硅羥基的預(yù)聚物。把有機(jī)相水洗至中性，抽出部分溶劑，然后在聯(lián)苯中和催化劑作用下，于 250 ℃重排 1hr. 用甲醇沉淀產(chǎn)物，并用甲醇洗去催化劑。烘干即可得到可產(chǎn)物。 PBP ：在 1 ， 4- 二氧六環(huán)中，溶解硼酸，滴加二苯二氯硅烷，在 100 ℃保持 5hr. 得到白色沉淀，然后以 50 ℃ /min 的速度加熱至 300 ℃并保持 1hr, 可得到淺棕色透明樹脂。
2 分析方法 HPLC-6A 用于分子量測定， Ncolet 5DX 用于 IR 測定。 PERKN ELMER 7500 用于 TGA 和 DSC 測定。加速老化用自制的恒溫老化箱進(jìn)行。 結(jié)果與討論 1 結(jié)構(gòu)表征 GPC 分子量測定表明 LPPS 的 Mw=25000. 通過紅外分析 1600cm -1 為苯環(huán)中的 C=C 吸收， 1430cm -1 為 Si-C 振動吸收峰， 1130cm -1 和 1040cm -1 為 Si-O-Si 吸收，在 IR 中幾乎沒有羥基吸收。 PBP 中 1350 cm -1 為 B-O 吸收峰， 3080cm -1 為硼羥基吸收峰，在固化后，該峰基本消失。 LPPS 的結(jié)構(gòu)如下圖所示。 PBP 的結(jié)構(gòu)如下所示 2 熱性能 利用 TGA 分析儀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn) LPPS 在 430 ℃這前沒有任何重量損失，在 500 ℃時，重量損失小于 5%. PBR 約在 400 ℃時，損失在 5% 。而耐高溫酚醛僅在 250 ℃就已經(jīng)損失了 5% 。在空氣中把 PBP ， LLPS 和耐高溫酚醛在 310 ℃的高溫爐中，放置 500hr 后，觀察薄膜的狀態(tài)，如表 1 所示。從數(shù)據(jù)可以看出， LPPS 的耐溫性最好，然后是 PBP ，最差是的 PFR 表 1 不同樹脂的熱穩(wěn)定性。
LPPS PBR PFR
熱重?fù)p失 5% 溫度，℃ 500 400 250
310 ℃ 500hr 后顏色 無色 棕色 黑色，碳化
3 溶解性 稱取 0.5g 樣品， 1ml 的溶劑，在常溫下混合，觀空、觀察溶解性。如表 2 所示。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) DMF 、 DO 和環(huán)已酮的混合溶劑比較適于溶解 LPPS 、 PBP 和 PFR 的混合物。 表 2 不同樹脂的溶解性和熔化性
LPPS PBR PFR
苯 O X X
甲苯 O X X
1 ， 4- 二氧六環(huán)（ DO ） O O O
DMF O O O
THF O O O
丙酮 X O O
乙醇 X O X
高溫熔化性 X O O
4 粘附性能 利用 PFR ， LPPS 和 PBP 進(jìn)行配制成涂層，并在兩個鋼片之間粘接，經(jīng)高溫處理后測定其剪切強(qiáng)度，等值線圖如圖 1 所示。 從圖中可以看出， PFR 含量大，高溫強(qiáng)度極小。 PBP 含量大，強(qiáng)度大。 LPPS 含量對強(qiáng)度影響不大。這是因?yàn)?nbsp;PFR 高溫下易分解， LPPS 為非極性，耐高溫之固。 圖 1 粘接強(qiáng)度的等值線圖 5 反應(yīng)機(jī)理 在該體系的紅外光譜的跟蹤分析表明，隨著固化進(jìn)行，羥基峰逐漸消失，表明羥基發(fā)生反應(yīng)，在該體系中 LPPS ， PFR 和 PBP 的固架并沒有變化。因此，其反應(yīng)機(jī)理應(yīng)為： 結(jié)論： 1 、 LPPS 使用量在 16-24% 時，能夠增加體系的耐熱性，而粘接強(qiáng)度降低的不大。 2 、 LPPS 可用 PBP 進(jìn)行改性，并用于涂料和膠粘劑，提高粘附強(qiáng)度。
