[發明專利]一種有機硅材料及其硫化方法

有效

• 申請號: 201010534143.2
• 申請日: 2010-11-08
• 公開（公告）號: CN101974158A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 黃榮華;廖俊;董亞巍;張先亮
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C08G77/14
• 分類號: C08G77/14;C08J3/24;C08K5/549;C08L83/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及一種有機硅材料及其硫化方法，屬于高分子材料技術領域。

背景技術

有機硅材料近10年來發展非常快，廣泛應用于社會生產和日常生活的各個方面，如電子、醫藥、電力、建筑、汽車等行業的各種材料和日常制品等。按物理性質，有機硅材料可以分為三類，有機硅樹脂、有機硅橡膠和有機硅油。除了有機硅油，有機硅材料必須固化成型才能實現其使用價值。有機硅樹脂和有機硅橡膠在儲存期均屬于線形高分子或高分子預聚物，使用時通過活性基團之間的作用形成體形高分子，得到不同形狀和性能的制品或涂層等。因此，有機硅樹脂和有機硅橡膠的硫化過程是非常重要的。

有機硅材料常用的交聯固化機理有三種：

①高溫自由基硫化機理，通常利用過氧化物生成自由基引發雙鍵和亞甲基自由基之間的交聯：

②硅氫加成硫化機理，通過雙鍵和硅氫鍵的加成形成交聯點：

③室溫硅羥基縮合硫化機理，在硅羥基的參與下由兩個硅羥基之間縮合形成交聯點：

≡Si-OR+HO-Si≡→≡Si-O-Si≡。

此外，還有光固化的機理，處于發展過程中，應用范圍窄，存在不能深度硫化的缺點。

目前采用的有機硅材料硫化體系能夠滿足用戶的大部分要求。但上述三種硫化體系各有其缺陷。高溫自由基硫化過程需要加入固化引發劑。固化引發劑是一些有機過氧化物。用得最多的是雙-2，5，即2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧基己烷。引發劑殘留成為硅橡膠的一個不穩定成分，有些對人體有一定的毒害作用。由于過氧化物催化劑的用量為生膠量的1％左右，這種危險性更加值得考慮。因此，在醫用材料領域基本上不采用這種硫化機理。硅氫加成硫化沒有殘留毒性分子的問題，比較安全。但是力學強度比高溫自由基硫化類型的硅橡膠差，而且由于硫化活性太高，基本上不能以單組份形式儲存。只能以雙組分形式儲存，使用時就地混合。這使應用非常不便。室溫硅羥基縮合硫化需要加入催化劑，通常為有機錫或有機鈦的化合物。有機金屬化合物通常都有一定的毒性。這也限制了它的應用。

因此，研究者希望研制出一種新型的硫化體系，克服上述種種不足，取代目前的有機硅材料硫化過程。本發明提出的環氧基團和氨基開環加成硫化，就是一種嘗試。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對現有技術的不足，提供一種新型的有機硅材料硫化體系。

為解決上述技術問題，本發明提供下面技術方案：

首先提供一種有機聚硅氧烷，主要為含兩個或兩個以上有機硅烷水解制備的有機硅樹脂或線形有機硅油，其結構如下式所示：

式中：R₁為含碳原子數為1-30的飽和烷基；R₂為含碳原子數為1-30的飽和烷基，或由單官能團、二官能團、三官能團、四官能團硅烷中的一種或幾種共聚形成的聚硅氧烷硅氧基，m、n、f為正整數。

本發明還提供化合物I的合成方法：

采用氨水作為催化劑，含環氧基團的硅烷和含兩個或兩個以上可水解官能團的有機硅烷共水解，并以三甲基甲氧基硅烷作為封端劑。

水解過程中，氨水在水中堿式電離，維持體系pH值在9.0-9.5左右，在此環境下，環氧基團處于穩定狀態，防止環氧基團在不適pH環境下被破壞。反應方程式如下：

式中R₃為含碳原子數為1-30的飽和烷基或烷氧基；R₄為含碳原子數為1-30的飽和烷氧基；R₅為含碳原子數為1-30的飽和烷基或烷氧基；R₆為含碳原子數為1-30的飽和烷氧基。

如果要制備高彈性硅橡膠，也可采用含硅氫鍵線形聚硅氧烷和1-乙烯基-3，4-環氧基環己烯加成得到化合物I。

式中R₇各自獨立的為含碳原子數為1-30的飽和烷基。

本發明還提供有機聚硅氧烷I的硫化方法：

以籠型氨基倍半硅氧烷IV作為交聯劑，將有機聚硅氧烷和交聯劑溶于非水極性溶劑中，然后將二者混合，將溶劑慢慢蒸發，形成均相體系，再在溫度120-150℃下放置20-60min，即可完成硫化。

固化過程無需催化劑的作用。