基于柔性/刚性侧链的含硼有机硅树脂的制备及性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiang1978
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有机硅树脂广泛用于耐高温防腐涂料、耐高温绝缘涂料、耐高温防火隔热阻燃涂料等。但有机硅树脂对基材附着力差、温度较高时漆膜的力学强度降低等问题,使其应用也受到一定的限制。用一些具有优良耐温性和绝缘性的无机材料对有机树脂进行改性和掺杂,是近年来一个新的研究方向。本论文是以辛基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷三种单体及硼酸为原料,通过水解-缩聚分别合成出了系列柔性侧链的辛基-二甲基硼硅树脂(BSR-1)、刚性侧链的苯基-二甲基硼硅树脂(BSR-2)、柔性与刚性侧链的辛基-苯基-二甲基硼硅树脂(BSR-3)。利用红外光谱(FTR)、核磁共振(NMR)等方法对其结构分别进行了表征,并进行了耐热性、耐腐蚀性以及其他性能的测试与表征。首先,以辛基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷为硅源,硼酸为硼源,制备了系列柔性侧链的树脂BSR-1,重点讨论了单体配比、缩聚时间等对BSR-1的耐热性能、力学性能、流变性能等的影响。结果表明:最佳的R/Si配比为1.30;缩聚反应时间由1h延长至3 h,产物的分子量由2939下降至2215,但对其耐热性影响较小;缩聚1h得到树脂BSR-1涂膜的附着力可达1级,抗冲击力为50 kg-cm"1,表现出较好的力学性能。流变性能测试中,不同缩聚时间的BSR-1的剪切储能模量和剪切损耗模量均随着角频率的增加而单调增加,同时,剪切储能模量的增长速率大于剪切损耗模量。同时研究了热重测试耐热性过程中不同气氛和升温速率的影响,结果表明:树脂BSR-1在空气气氛中的残余质量大于在N2气氛的残余质量,但是在N2气氛,树脂的热分解温度有一定提高。在N2气氛与空气气氛中,合适的升温速率为10℃·min-1。其次,以苯基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷为硅源,硼酸为硼源,制备了刚性侧链的BSR-2。在其合成过程中,较适宜的水用量为60%左右。重点讨论了BSR-2的热稳定性及其耐热机理,制备的BSR-2可耐483℃左右的高温。热分解机理的研究表明,硼硅树脂受热分解主要分为两个阶段:第一阶段是侧链上的甲基、苯基、羟基等小分子基团受热断裂而分解,第二阶段是少量的、未完全水解的烷氧基(-OC2H5)的断裂。力学性能测试中,与前一章制备的BSR-1相比,BSR-2的附着力仍较好,为1级;但其抗冲击力相对较弱,为40 kg·cm-1。最后,以辛基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和二甲基二乙氧基硅烷为硅源,硼酸为硼源,制备了柔性-刚性侧链的树脂BSR-3。通过对比三个系列树脂的性能,表明结果:(1)硼元素的掺杂,能显著提高硅树脂的耐热性,合成树脂的耐热温度(最大分解温度)达到500℃;(2) BSR-1、 BSR-2和BSR-3三个系列树脂成膜后附着力较好,均达到1级;其中含有辛基柔性侧链的BSR-1和BSR-3,抗冲击力较好,均达到50 kg-cm-1,说明位于侧链的柔性官能团有利于改善树脂的抗冲击力;(3)电化学性能测试表明,BSR-3的自腐蚀电位最大,达到-6.480 V,说明硼元素的掺杂以及柔性与刚性侧连交互结构可能有利于耐腐蚀性能的提高;(4) BSR-1、 BSR-2、 BSR-3耐水性、耐酸性、耐碱性和耐盐水性实验,30天后均不起泡、不脱落,耐化学腐蚀性能较好。
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