基礎材料| 矽烷、矽酮的新應用

    康達科技集團(Qanta Group)是全球領先的有機矽解決方案供應商之一,致力於提供個性化的有機矽解決方案。其擁有從金屬矽到特種有機矽材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用製程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上歷史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網絡,可提供有利於未來可持續發展的創新技術和基於市場需求的解決方案。主要經營產品產品包括單體、甲基矽油、乙烯基矽油、含氫矽油、RTV-2室溫灌注模具膠、人體模型膠、LED封裝膠、電源封裝膠、商標膠、胸墊膠、密封膠等。

環氧樹脂在韌性,剛性,高溫性能,耐腐蝕和粘合性能等方麵的出色性能使其在電子臨界、光學和航空航天等方麵得以廣泛的應用。有機矽材料在可對常規環氧樹脂的物理性能進行改性,使其能被於一些特殊的應用場景,例如ULSI封裝(超大規模集成電路),芯片貼裝粘合劑,光學元件安裝,航空航天納米複合材料,UV固化控釋和可控摩擦係數塗層。

 主要的產品係列及功能有:

矽烷偶聯劑可用作複合材料,塗料和膠粘劑的粘合促進劑。

雙官能團和多官能團環氧封端矽酮這些包括具有低分子量的離散結構的矽氧烷或有環氧支鍵或封端的高分子量的矽酮。受其結構和配方的影響,呈現出與矽酮類似的低應力、低溫性能、介電性能、脫模性和光學穩定性相關的多種性能。

矽酮樹脂改性劑-單官能團矽酮: 矽氧烷和聚矽酮稀釋劑可以降低環氧體係的粘度,並降低表麵張力,從而易於處理,有利於提高填料填充量以及半固化片和精細結構部件的滲透性。 

脂環族矽烷和矽酮: 這些材料以脂環族和矽氧烷結構的組合為特征,具有出色的耐候性,受控的釋放和摩擦係數以及出色的電性能。它們可以通過陽離子UV光引發劑或常規的環氧固化劑進行固化。

矽烷和矽酮固化劑: 這些材料包括具有二胺,聚胺和二酐官能團的矽氧烷和矽酮。 

 

有機矽烷改性的二氧化矽納米粒子: 通過對配方的調整,技術人員可以在性能上取得平衡,從而同時利用環氧樹脂和有機矽的獨特特性。

 

矽烷偶聯劑

 

矽烷偶聯劑可作為複合材料和塗料的粘合促進劑。矽烷具有與無機底物和環氧樹脂形成共價鍵的能力。

矽烷偶聯劑的通式通常顯示兩類官能團。X是可水解基團,通常是烷氧基,酰氧基,鹵素或胺。水解後,形成活性矽烷醇基團,其可與其它矽烷醇基團(例如,矽質填料表麵)縮合以形成矽氧烷鍵。也可以與其它氧化物例如鋁,鋯,錫,鈦和鎳的那些形成穩定的縮合產物,或與硼,鐵和碳的氧化物形成不太穩定的鍵。堿金屬氧化物和碳酸鹽不與Si-O-形成穩定的鍵。R基團是不可水解的有機遊離基,它可能是具有一些特殊功能的官能團而產生預期的一些功能。

大多數廣泛使用的有機矽烷具有一個有機取代基和三個可水解取代基。在絕大多數表麵處理應用中,三烷氧基矽烷的烷氧基被水解後形成矽烷醇。這些矽烷的反應分為四個步驟。最初,發生三個不穩定基團的水解。隨後是低聚物的縮合。然後低聚物與基材的OH基團氫鍵鍵合。最後,在幹燥或固化期間,與基材形成共價連接,伴隨有水的損失。盡管描述時是分步進行,這些反應可以在初始水解步驟之後同時發生。在界麵處,通常每個有機矽烷的矽隻有一個鍵合到基材表麵的鍵。兩個剩餘的矽烷醇基團以縮合或遊離形式存在。R基團可與其他相進行的共價反應或物理相互作用。

 

矽烷可以在無水條件下進行單層氣相沉積以對表麵進行改性。典型的反應條件是在較高的溫度(50°-120℃)和較長反應時間(4-12小時)下進行。在烷氧基矽烷中,僅甲氧基矽烷可以在沒有催化劑的條件下氣相沉積。用於氣相沉積的最有效的矽烷是環狀氮雜矽烷。

 

最常見地,含有環氧環己基和環氧丙氧基的矽烷可用於預處理填料或與環氧樹脂共混。含胺基的矽烷也可以用於預處理填料或與雙組分體係中的固化劑共混。用環氧樹脂粘合劑對填料進行處理可改善分散性,提高機械性能並提高耐濕性。

 

單組分液態固化環氧膠粘劑和塗料可使用二甲基丁烯保護的氨基矽烷進行處理。得到的材料在樹脂體係中顯示出極好的儲存穩定性,但易被吸附在基材表麵的水分或空氣中的水分所活化。當擴散厚度小於1mm時,去保護將在幾分鍾內開始,並且通常在兩小時內完成。

 

加入保護的和未保護的氨基矽烷的環氧塗層溶液的貯存穩定

環氧樹脂溶液:50份雙酚A環氧樹脂,5份SID4068.0或SIA0610.0,50份甲苯

用於金屬基材的底漆塗料使用雙足矽烷來改善濕附著力。下麵顯示了在EVA體係中添加非功能性雙足矽烷(SIB1817.0雙(三乙氧基甲矽烷基)乙烷)的比較結果。環氧體係的使用非功能性雙足矽烷與環氧矽烷進行結合。功能型雙足矽烷如SIB1833.0雙(三乙氧基甲矽烷基丙基)胺與氨基矽烷一起使用。

 

在低濕度條件下,可以形成環狀氮雜矽烷與含有環氧基的化合物或聚合物的穩定混合物。當暴露於濕氣中時,環狀氮雜矽烷會高速開環,從而脫去胺基保護。胺基可以與環氧基反應,形成雜化的矽氧烷/倍半矽氧烷環氧化合物。例如:具有雙酚A和N-正丁基-氮雜-2,2-二甲氧基矽環戊烷(SIB1932.4)的水份固化環氧體係(圖一),雙環氧矽氧烷(DMS-E09)和N-甲基-氮雜-2,2,4-三甲基矽環戊烷(SIM6501.4)在以水份為引發劑的產生的鏈增長(圖二)。

 

正是因為有機矽產品獨特的結構特征,使得其在聚合物,特別是環氧樹脂的相間反應時,起到提供交聯,表麵改性,增大複合強度,提高機械強度等作用。

 

這些包括具有離散結構的較低分子量的矽氧烷和具有環氧側鏈或環氧封端的較高分子量的矽氧烷。根據特定的結構和配方,它們選擇性地具有與矽樹脂相關的各種性能-低應力,低溫性能,介電性能和脫模性。固化的有機矽改性的環氧樹脂的性能從親水性到疏水性不等,具體取決於環氧含量,取代度和形成二醇的環氧化物的開環度。環應變的環氧基環己基比環氧基丙氧基更具反應性,並且與親核體發生熱或化學誘導的反應,親核體包括質子表麵,例如聚丙烯酸酯樹脂的纖維素。

環氧官能有機矽與常規環氧樹脂的相容性各不相同。在簡單的未填充係統中,需要總溶解度。對於填充係統,通常需要考慮可混溶但溶解度有限的係統,因為微相分離可以緩解應力。

具有甲氧基的環氧矽氧烷可用於改善與基材如鈦,玻璃或矽的粘合性。它們還可以通過在暴露於濕氣時形成矽氧烷交聯鍵來提高塗料的耐化學性。

 

4-異丙基-4’-甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸鹽OMBO037可以用作脂環族環氧化合物的UV引發劑。帶有環氧基團的矽氧烷與聚矽氧烷的共聚物可以用作親水的紡織品整理劑。

矽樹脂改性劑-單功能性矽

矽氧烷和矽氧烷稀釋劑可以降低環氧體係的粘度,並降低表麵張力,從而易於處理,有利於提高填料填充量以及預浸料和精細結構部件的滲透性。分子量足夠高以被認為是聚合物的單官能矽氧烷化合物有時被稱為大分子單體。大分子單體與傳統單體的共聚提供了獲得具有通常與接枝相似性能的聚合物的途徑。用含矽的大分子單體對有機聚合物進行改性已應用於汽車塗料和顏料中。

脂環族矽烷和矽酮

這些材料以脂環族和矽氧烷結構的組合為特征,具有出色的耐候性,受控的釋放和摩擦係數以及出色的電性能。它們可以通過陽離子UV光引發劑或常規的環氧固化劑進行固化。在陽離子UV固化係統中,脂環族環氧矽樹脂將反應性稀釋劑的特性與表麵活性劑的特性相結合。釋放性能可用於製造多層膜的犧牲層。如果在紫外線固化配方中使用高含量的環氧官能有機矽,則優選具有疏水取代基的陽離子光引發劑。

光引發劑

Gelest提供疏水且可溶於有機矽係統的陽離子和長波紫外線引發劑。

矽烷和矽酮固化劑

雙官能矽氧烷固化劑包括具有二胺,多胺結構和二酐結構的矽氧烷和矽酮。 

有機矽烷改性的二氧化矽納米粒子

用矽烷對20nm至1μm的一係列二氧化矽結構進行改性,減少羥基含量以促進分散性或引入孤立的仲胺基改性的單層結構可控製與樹脂的相互作用。維持低含量羥基的係統可改善的電性能。引入低含量的仲胺可改善機械性能,特別是在高濕度環境中。

 


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