CN102220013A

CN102220013A - 有机硅环硫树脂组合物

Info

Publication number: CN102220013A
Application number: CN 201010151134
Authority: CN
Inventors: 黄伟; 蓝小康; 赵晓娟; 张瑛; 余云照
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: CN102220013B

Abstract

本发明涉及一种固化活性高、吸水率低的有机硅环硫树脂组合物。本发明的有机硅环硫树脂组合物，是向液态或熔融的1～50重量份的固化剂中加入100重量份的有机硅环硫树脂，搅拌均匀后脱气，得到所述的有机硅环硫树脂组合物。本发明的组合物具有固化速度快，固化放热小，固化物吸水率低等优点。该组合物可望在涂料、粘合剂、电子器件封装、复合材料基体树脂等领域得到应用。

Description

有机硅环硫树脂组合物

技术领域

本发明涉及一种环硫树脂组合物，特别涉及一种固化活性高、吸水率低的有机硅环硫树脂组合物。

背景技术

环氧树脂具有机械性能好，粘结强度高，工艺性能好等许多优点，被广泛用于粘合剂、涂料、复合材料基体树脂、电子封装等领域。然而，环氧树脂脆性大，通常需要进行增韧改性。其中使用弹性体来增韧是最成功的改性方法之一。由于有机硅弹性体具有优良的耐热、耐湿气、耐紫外老化等性能，近年来有机硅改性环氧树脂得到了越来越广泛的研究。由于将有机硅材料和环氧树脂直接共混将会导致宏观相分离，无法达到改性的目的。因此需要合成既含有环氧基团又含有有机硅链节的聚合物或单体。这些聚合物和单体即所谓的有机硅环氧树脂。它们可以单独使用，也可以作为普通环氧树脂树脂的改性剂。

另一方面，如果将环氧树脂中环氧基的氧原子用硫原子来取代，就能得到环硫树脂。环硫树脂与环氧树脂相比，环硫树脂具有很多性能优势，如固化速度快、固化放热反应量小，固化物的折光率高、玻璃化温度高、吸水率低。本发明有机硅环硫树脂组合物，结合了有机硅环氧树脂和环硫树脂的特点，具有固化快，吸水率非常低等优点，该组合物可望在涂料、粘合剂、电子器件封装、复合材料基体树脂等领域得到应用。

发明内容

本发明的目的在于提高有机硅环氧树脂的折光率，提高其固化活性并降低其吸水率，从而提供一种有机硅环硫树脂组合物。

本发明的有机硅环硫树脂组合物是以有机硅环硫树脂的重量份为基准，所述的组合物的组成及含量为：

有机硅环硫树脂 100重量份

固化剂 1～50重量份

本发明的有机硅环硫树脂组合物的制备方法：以有机硅环硫树脂的重量份为基准，向液态或熔融的1～50重量份的固化剂中加入100重量份的有机硅环硫树脂，搅拌均匀后脱气，得到本发明所述的有机硅环硫树脂组合物。

所述的固化剂为咪唑类固化剂或者胺类固化剂；当固化剂为咪唑类固化剂时，较佳的用量范围为1～20重量份，较佳的用量范围为3～10重量份，最佳的用量范围为5～8重量份；当固化剂为胺类固化剂时，其用量范围为10～50重量份。

所述的有机硅环硫树脂具有以下结构：

其中：R₁是CH₃或C₆H₅；R₂是C₃H₆；R₃、R₄独立的是H、CH₃或C₆H₅；Re是CH₃或

m+n＝4，n＝2～4；m1＝0～50，当Re是

时，n1＝0～50；当Re是CH₃，n1＝2～50。

上述有机硅环硫树脂的合成方法：首先通过相应的含氢聚硅氧烷和烯丙基缩水甘油醚在H₂PtCl₆催化下进行硅氢加成反应来制备如下结构的有机硅环氧树脂。上述硅氢加成反应为有机硅材料领域常用的合成反应，具体合成反应可参见文献《有机硅合成工艺及产品应用》(幸松民，王一璐编著，化学工业出版社出版，2000年，434页)所报道的方法进行合成。

m+n＝4，n＝2～4；m1＝0～50，n1＝0～50。

然后将上述得到的有机硅环氧树脂或取自具有上述结构的有机硅环氧树脂的市售产品与去离子水、乙醇和硫氰酸钾或者硫脲混合，将上述混合物在反应温度为15～45℃(优选反应温度为25～30℃)下反应12～36小时；反应结束后，加入有机溶剂使反应混合物分为两层，分出有机相并将有机相水洗至中性，然后向有机相中加入无水硫酸钠干燥(一般干燥时间为5～15小时)，过滤去除硫酸钠，在2～10mmHg/45～60℃(优选在2mmHg/45℃)下将有机溶剂除去，得到所述有机硅环硫树脂。

所述的混合物中的去离子水的用量为将硫脲或者硫氰酸钾完全溶解为准。

所述的混合物中的乙醇的用量是根据去离子水的用量来确定，乙醇的用量与去离子水的用量的体积比值为0.5～2。

所述的混合物中的硫脲或硫氰酸钾与具有式I结构的有机硅环氧树脂的摩尔比值为n～3n(其中n＝2～4)；或所述的混合物中的有机硅环氧树脂为具有式II结构的有机硅环氧树脂时，当Re是

时，所述的混合物中的硫脲或硫氰酸钾与有机硅环氧树脂的摩尔比值为n1+2～3(n1+2)；当Re是CH₃时，所述的混合物中的硫脲或硫氰酸钾与有机硅环氧树脂的摩尔比值为n1～3n1；其中n1＝0～50。

所述有机溶剂的用量为与反应所使用的乙醇和去离子水的总用量的体积比值为0.5～2。

所述的有机溶剂为非极性有机溶剂，如甲苯、二甲苯、三氯甲烷、正己烷或它们之间的任意混合物。

在制备有机硅环硫树脂的反应中虽然可以使用硫氰酸钾或者硫脲，但优选使用硫氰酸钾。当使用硫脲时，可能会导致得到的有机硅环硫树脂发生部分聚合，得到的产物粘度大。硫脲或硫氰酸钾的用量根据有机硅环氧树脂中的n或n1来确定。

反应中去离子水的最低用量为将硫脲或者硫氰酸钾完全溶解。去离子水的最高用量没有特别限制，但如果去离子水的用量太高，所需乙醇用量和分离产物所使用的有机溶剂的用量也大大增加，造成不必要的浪费。乙醇的用量是根据去离子水的用量来确定，乙醇的用量与去离子水的用量体积比值为0.5～2。

反应温度为15～45℃，优选反应温度为25～30℃。如果反应温低于15℃，需要很长的反应时间才能使反应进行完全，这会导致得到的有机硅环硫树脂产物发生部分聚合。如果反应温高于45℃，虽然可以在较短的反应时间内使反应进行完全，但也会加剧有机硅环硫树脂产物的聚合反应。反应时间为12～36小时，如果反应时间少于12小时，反应将进行不完全，如果反应时间长于36小时，将会导致得到的有机硅环硫树脂产物发生部分聚合，甚至产生凝胶。

所述的固化剂为咪唑类或者胺类固化剂。

所述的咪唑类固化剂是2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑或1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑等。

所述胺类固化剂是脂肪族胺、脂环胺或芳香胺等。

所述脂肪族胺是乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺等。所述脂环胺是异佛尔酮二胺或孟烷二胺等。所述芳香胺是间苯二胺、二氨基二苯基甲烷或二氨基二苯砜等。

本发明的有机硅环硫树脂组合物中固化剂的用量根据种类不同而不同。如果使用咪唑类固化剂，其用量较佳的范围为1～20重量份，较佳的用量范围为3～10重量份，最佳的用量范围为5～8重量份。如果咪唑类固化剂的用量低于1重量份，固化速度太慢，固化很难完全。相反，如果咪唑类固化用量高于20重量份，固化速度太快，固化物性能降低。如果使用胺类固化剂，其用量一般为理论用量。其理论用量计算依据为：环硫基团的摩尔数与胺中的活泼氢(与N相连的氢)的摩尔数相等。根据所使用胺的当量不同，一般其重量份数为10～50重量份。如果胺类固化剂用量偏离其理论用量太多，如比理论用量多或者少10％以上，将会导致固化物性能的显著降低，如玻璃化温度降低，吸水率增加。

本发明的有机硅环硫树脂组合物在使用时，通过共混、浇注、固化成型。本发明的有机硅环硫树脂组合物和有机硅环氧树脂组合物相比，本发明的组合物具有固化反应活性高、折光率高、玻璃化温度高、吸水率低等优点，可望在涂料、粘合剂、电子器件封装、复合材料基体树脂等领域得到应用。

附图说明

图1.本发明实施例5和实施例6的有机硅环硫树脂固化物的吸水率的曲线图，及比较例1和比较例2的有机硅环氧树脂固化物的吸水率的曲线图。

图2.本发明实施例7和实施例8的有机硅环硫树脂固化物的吸水率的曲线图，及比较例3和比较例4的有机硅环氧树脂固化物的吸水率的曲线图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例来具体说明本发明，但本发明不局限于以下的实施例。

粘度测试采用DV-II+PRO型粘度计(美国Brookfield公司生产)。组合物的固化活性(固化峰值温度、反应放热)和玻璃化温度用动态差热扫描量热仪(DSC)来测量：测试仪器为日本精工热分析仪SII EXSTAR6000-DSC6220，氮气气氛，升温速率为10℃/min。固化物吸水率的测定样品尺寸为：(Φ50mm×3mm)。将样品浸泡在温度为20℃去离子水中，测定其吸水率随时间的变化，直到吸水达到饱和为止。折光率采用2WAJ型阿贝折射仪测定(上海光学仪器厂生产)，测试温度为20℃。

实施例1

在装有机械搅拌、冷凝器和温度计的250ml的三口烧瓶中加入烯丙基缩水甘油醚(35.7克，0.31mol)、甲苯50ml和10ppm(以反应物的总重量计)氯铂酸催化剂。将所得反应溶液的温度升至70℃，在30分钟内滴加入(15克，0.0625mol)八甲基四氢环四硅氧烷，滴加完毕后继续反应4小时。反应完毕后，用旋转蒸发仪在2mmHg/80℃下将甲苯溶剂和未反应的反应物去除，得到结构式如下的无色透明的有机硅环氧树脂A 41.5克，产率约为95.4％，产物的折光率为1.46。

在装有机械搅拌、温度计的100ml的三口瓶中加入上述得到的有机硅环氧树脂A(8.7克，0.0125mol)、硫氰酸钾(KSCN)(9.72克0.1mol)、去离子水15ml和乙醇30ml。将上述混合物在温度为30℃下反应24小时。反应完毕后，将溶液转移到250ml分液漏斗中，加入50ml正己烷，溶液分为两层，分出下层有机相后并将有机相水洗至中性，分液后向有机相中加入足量无水硫酸钠干燥12小时，过滤去除硫酸钠，得到的滤液用旋转蒸发仪在10mmHg/45℃下将正己烷溶剂除去，得到浅黄色环硫树脂A 8.59克，产率约为90％，产物的折光率为1.51，粘度为1000cs。

所述的浅黄色环硫树脂A具有以下结构：

实施例2

在装有机械搅拌、冷凝器和温度计的250ml的三口烧瓶中加入烯丙基缩水甘油醚(14.4克，0.125mol)、甲苯50ml和10ppm(以反应物的总重量计)氯铂酸催化剂。将所得反应溶液的温度升至70℃，在30分钟内滴加入(15克，0.0625mol)八甲基四氢环四硅氧烷，滴加完毕后继续反应4小时。反应完毕后，用旋转蒸发仪在2mmHg/80℃下将甲苯溶剂和未反应的反应物去除，得到结构式如下的无色透明的有机硅环氧树脂B 28.1克，产率约为95.6％，产物的折光率为1.44。

在装有机械搅拌、温度计的100ml的三口瓶中加入上述得到的有机硅环氧树脂B(5.68克，0.0125mol)、硫氰酸钾(KSCN)(2.43克0.05mol)、去离子水10ml和乙醇30ml。将上述混合物在温度为15℃下反应36小时。反应完毕后，将溶液转移到250ml分液漏斗中，加入50ml三氯甲烷，溶液分为两层，分出下层有机相后并将有机相水洗至中性，分液后向有机相中加入足量无水硫酸钠干燥12小时，过滤去除硫酸钠，得到的滤液用旋转蒸发仪在2mmHg/45℃下将三氯甲烷溶剂除去，得到浅黄色环硫树脂B 5.52克，产率约为90％，产物的折光率为1.49，粘度为450cs。

所述的浅黄色环硫树脂B具有以下结构：

实施例3

在装有机械搅拌、冷凝器和温度计的250ml的三口烧瓶中加入烯丙基缩水甘油醚(35.7克，0.31mol)、甲苯50ml和10ppm(以反应物的总重量计)氯铂酸催化剂。将所得反应溶液的温度升至70℃，在30分钟内滴加入(15克，0.112mol)四甲基二氢二硅氧烷，滴加完毕后继续反应4小时。反应完毕后，用旋转蒸发仪在2mmHg/80℃下将甲苯溶剂和未反应的反应物去除，得到结构式如下的无色透明的有机硅环氧树脂C 38.74克，产率约为95.6％，产物的折光率为1.45。

在装有机械搅拌、温度计的100ml的三口瓶中加入上述得到的有机硅环氧树脂C(9.05克，0.025mol)、硫氰酸钾(KSCN)(14.58克，0.15mol)、去离子水40ml和乙醇20ml。将上述混合物在温度为45℃下反应12小时。反应完毕后，将溶液转移到250ml分液漏斗中，加入60ml甲苯，溶液分为两层，分出下层有机相后并将有机相水洗至中性，分液后向有机相中加入足量无水硫酸钠干燥12小时，过滤去除硫酸钠，得到的滤液用旋转蒸发仪在2mmHg/60℃下将甲苯溶剂除去，得到浅黄色环硫树脂C 9.09克，产率约为92％，产物的折光率为1.50，粘度为600cs。

所述的浅黄色环硫树脂C具有以下结构：

实施列4

在装有机械搅拌、温度计的100ml的三口瓶中加入结构式如下所示的有机硅环氧树脂D5.72克、硫氰酸钾(KSCN)(4.86克，0.1mol)、去离子水15ml和乙醇30ml。将上述混合物在温度为30℃下反应24小时。反应完毕后，将溶液转移到250ml分液漏斗中，加入50ml三氯甲烷，溶液分为两层，分出下层有机相后并将有机相水洗至中性，分液后向有机相中加入足量无水硫酸钠干燥12小时，过滤去除硫酸钠，得到的滤液用旋转蒸发仪在2mmHg/45℃下将三氯甲烷溶剂除去，得到浅黄色环硫树脂D 5.6克，产率约为91％，产物的折光率为1.50，粘度为5800cs。

所述的浅黄色环硫树脂D具有以下结构：

实施例5：有机硅环硫树脂A组合物

在一个20ml烧杯中加入1克间苯二胺，将烧杯放入120℃烘箱中，待间苯二胺融化后取出。向烧杯中加入7.04克有机硅环硫树脂A，搅拌均匀后脱气。取样进行DSC测试。将剩余混合物浇注到聚碳酸酯或硅橡胶模具中，得到环硫树脂固化物。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图1所示。

实施例6：有机硅环硫树脂B组合物

向烧杯中加入8克有机硅环硫树脂A，并加入0.4克2-乙基-4-甲基咪唑，加入搅拌均匀后脱气。取样进行DSC测试。将剩余混合物浇注到聚碳酸酯或硅橡胶模具中，得到环硫树脂固化物。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图1所示。

实施例7：有机硅环硫树脂C组合物

在一个20ml烧杯中加入1克间苯二胺，将烧杯放入120℃烘箱中，待间苯二胺融化后取出。向烧杯中加入7.3克有机硅环硫树脂A，搅拌均匀后脱气。取样进行DSC测试。将剩余混合物浇注到聚碳酸酯或硅橡胶模具中，得到环硫树脂固化物。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图2所示。

实施例8：有机硅环硫树脂D组合物

向烧杯中加入8克有机硅环硫树脂B，并加入0.4克2-乙基-4-甲基咪唑，加入搅拌均匀后脱气。取样进行DSC测试。将剩余混合物浇注到聚碳酸酯或硅橡胶模具中，得到环硫树脂固化物。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图2所示。

比较例1

将环硫树脂A改为环氧树脂A，其它同实施例5。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图1所示。

比较例2

除将环硫树脂B改为环氧树脂B外，其它同实施例6。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图1所示。

比较例3

将环硫树脂C改为环氧树脂C，它同实施例7。测得其固化放热峰值温度，固化反应放热，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图2所示。

比较例4

将环硫树脂D改为环氧树脂D。测得其固化放热峰值温度，固化物玻璃化温度如表1所示，吸水率如图2所示。

表1 有机硅环硫树脂的固化峰值温度、固化反应放热与固化物的玻璃化温度

从实施例和比较例的结果可以看出，有机硅环硫树脂比相应的有机硅环氧树脂具有更高的反应活性、更低的反应放热，固化物既有更高的玻璃化温度和更低的吸水率。

Claims

1.一种有机硅环硫树脂组合物，其特征是，以有机硅环硫树脂的重量份为基准，所述的组合物的组成及含量为：

有机硅环硫树脂 100重量份

固化剂 1～50重量份

所述的有机硅环硫树脂具有以下结构：

m+n＝4，n＝2～4；m1＝0～50，n1＝0～50；

所述的固化剂为咪唑固化剂、脂肪族胺固化剂、脂环胺固化剂或芳香胺固化剂。

2.根据权利要求1所述的有机硅环硫树脂组合物，其特征是：当固化剂为咪唑固化剂时，其用量范围为1～20重量份；当固化剂为脂肪族胺固化剂、脂环胺固化剂或芳香胺固化剂时，其用量范围为10～50重量份。

3.根据权利要求2所述的有机硅环硫树脂组合物，其特征是：当固化剂为咪唑固化剂时，其用量范围为3～10重量份。

4.根据权利要求3所述的有机硅环硫树脂组合物，其特征是：当固化剂为咪唑固化剂时，其用量范围为5～8重量份。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的有机硅环硫树脂组合物，其特征是：所述的咪唑是2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑或1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑。

6.根据权利要求1或2所述的有机硅环硫树脂组合物，其特征是：所述的脂肪族胺是乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺；

所述的脂环胺是异佛尔酮二胺或孟烷二胺；

所述的芳香胺是间苯二胺、二氨基二苯基甲烷或二氨基二苯砜。