高透光自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂的制備與性能研究

張英強, 趙永新

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 201418)

有機(jī)硅樹脂具有高透光率、高折射率、高熱穩(wěn)定性、高耐黃變性、耐低溫等優(yōu)點，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的光學(xué)封裝材料[1-3]，被廣泛應(yīng)用于建筑密封領(lǐng)域，也可用于太陽能、大功率LED及光學(xué)器件的封裝.近年來，隨著高層建筑的快速發(fā)展，新型建筑密封及連接材料研發(fā)工作的活躍[4]，對封裝材料的透光率和耐熱性等有了更高的要求，使得該技術(shù)領(lǐng)域的研究極具發(fā)展前景[5-6].

1 試驗

1.1 試劑

二苯基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、含氫環(huán)體、乙烯基雙封頭，工業(yè)級，市售；甲苯，分析純，上海泰坦科技股份有限公司生產(chǎn).

1.2 自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂的制備與固化

1.3 測試儀器與方法

采用美國TA公司Q 2000差示掃描量熱儀(DSC)對試樣進(jìn)行量熱分析，在氮氣氣氛下，從25℃升溫到300℃，升溫速率為10℃/min.采用平衡溶脹法測定固化物的交聯(lián)度.在自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂和雙包裝有機(jī)硅樹脂中加入3%的絡(luò)合鉑有機(jī)硅固化劑，在150℃下固化一定時間，制成厚度為1mm的試樣，以空氣做參比，采用上海精科UV757CRT紫外可見光譜儀(UV-Vis)進(jìn)行分析，測試其在200～800nm波長范圍內(nèi)的透光率.采用德國耐馳同步熱分析儀(TG-DTG)對固化后的產(chǎn)物進(jìn)行熱分解分析，升溫范圍25～300℃，升溫速率10℃/min.

2 結(jié)果與討論

2.1 DSC分析

圖1為樣品SS-1，SS-2，SS-3以及SS-4在空氣中的DSC溫度掃描圖.

圖1 不同樣品的DSC曲線Fig.1 DSC curves of different samples

2.2 交聯(lián)度分析

取樣品SS-1，SS-2，SS-3和SS-4在150℃下分別固化一定時間.圖2為樣品SS-1，SS-2，SS-3以及SS-4的交聯(lián)度與固化時間關(guān)系圖.

圖2 不同樣品的交聯(lián)度-溫度曲線關(guān)系Fig.2 Relationship curves of degree of crosslingking versus curing time of samples

隨著固化時間的增加，4種樣品的交聯(lián)度也呈現(xiàn)不同程度的增加.說明延長固化時間對于樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建有利，但后期隨著黏度的增大該作用受限，交聯(lián)度提升幅度變緩.

2.3 透光率分析

圖3為樣品SS-1，SS-2，SS-3和SS-4面對不同波長光線時的透光率.

圖3 不同樣品的透光率曲線Fig.3 Transmittance curves of different samples

2.4 TG-DTG分析

為弄清楚各樣品在分解過程中的行為，試驗研究了4種有機(jī)硅固化物在氮氣環(huán)境下的熱降解過程.圖4為4種樣品的TG-DTG曲線.Ti(初始分解溫度)，Tp(最大分解速率點溫度)及600℃殘?zhí)苛肯鄳?yīng)數(shù)據(jù)總結(jié)在表1中.從圖4可以看出：4種樣品的熱穩(wěn)定性順序為SS-4>SS-3>SS-2>SS-1.樣品SS-1在相對較低溫度(215℃)下便開始出現(xiàn)降解失重，說明其固化交聯(lián)結(jié)構(gòu)中尚存在一定的耐熱弱點和結(jié)構(gòu)；這與其合成反應(yīng)機(jī)理有關(guān)，烷氧基硅烷通過水解縮合形成自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂分子結(jié)構(gòu)，由于反應(yīng)過程可逆導(dǎo)致必然殘存一定量的—Si—OCH3未參加反應(yīng)而留在樹脂結(jié)構(gòu)中，正是該結(jié)構(gòu)的存在而使其遇熱而早期分解.樣品SS-4的固化進(jìn)行得較為完全，其相對完善的固化物交聯(lián)結(jié)構(gòu)使其即使在苯基含量略低的情況下仍然具有較高的熱分解溫度.從圖4上的微分熱重可以看出，4種樣品的熱分解過程均為一段：在升溫過程中，相互間發(fā)生反應(yīng)，脫除小分子，并催化促進(jìn)了化學(xué)鍵的斷裂，而當(dāng)溫度升高到500℃，硅樹脂主鏈—Si—O—Si—發(fā)生很大程度的環(huán)降解，鍵斷裂成大小不一的環(huán)體，熱失重迅速增加，之后，體系達(dá)到最大的降解速度.

圖4 不同樣品的TG -DTG曲線Fig.4 TG-DTG curves of different samples

SampleTi/℃Tp/℃Char residue at 600℃/%SS-1215.8506.677.0SS-2236.3527.879.5SS-3262.7526.079.5SS-4315.8563.181.4

2.5 產(chǎn)品性能比較

將制備的自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂SS-4與現(xiàn)有縮合型有機(jī)硅產(chǎn)品DOW CORNING?1-2577進(jìn)行了比較，數(shù)據(jù)列于表2.從表2中可以看出，自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂SS-4較DOW CORNING?1-2577具有更高的透光率和起始熱分解溫度，且固化過程中無小分子放出.說明所制備的自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂具有較好的工藝性能和技術(shù)性能，能用于對透光、耐熱性能有突出要求的新型建筑、微電子、光電子及其他新技術(shù)領(lǐng)域.

表2 產(chǎn)品關(guān)鍵性能比較

3 結(jié)論

(1)DSC結(jié)果表明，自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂具有較低的固化反應(yīng)熱，且放熱峰比較平緩，完成固化過程需要較長時間.

(2)自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂的固化物具有較佳的透光性，在400～800nm波長范圍內(nèi)的透光率可達(dá)100%.

(3)自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂的固化物具有相對較好的耐熱性，所制得固化物的起始熱分解溫度最高可達(dá)315.8℃.

(4)制備的自交聯(lián)有機(jī)硅樹脂具有較佳的透光性和耐熱性，可用于對光、耐熱性能有突出要求的新型建筑及其他新技術(shù)領(lǐng)域.