一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用，涉及高分子材料合成技术领域。本发明专利技术技术方案以聚硅氧烷主链，在聚硅氧烷分子链上引入烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯、9,10

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子材料合成
，特别涉及一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]环氧树脂因其具有良好的粘接附着性、耐高温低温性、绝缘性、耐磨性、化学稳定性、成本低和易加工等优点，已在许多领域得到了广泛应用。随着科学技术的进步，对环氧树脂的应用性能提出了更为苛刻的要求，如电子电器、航空航天等领域要求环氧树脂材料必须具有可靠的阻燃性。而环氧树脂的氧指数仅为19％，严重制约了环氧树脂在许多特殊场合的应用。目前，最常见的环氧树脂阻燃改性方法是在环氧树脂中通过物理方法混合加入添加型阻燃剂，但通常会导致材料的机械性能大幅下降，且一些阻燃元素可能发生迁移，从而降低材料的阻燃稳定性。并且，添加型阻燃剂中很大一部分是卤素阻燃剂，对人体和环境具有很大的危害。
[0003]除此之外，环氧树脂因结构中环氧基的存在，还导致其固化后交联密度高、内应力大、脆性大、抗冲击性差。因此，对环氧树脂进行改性以克服上述问题具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提供一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用，旨在解决目前环氧树脂阻燃性能差、力学性能较低的问题。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提出了一种有机硅改性增韧剂，所述有机硅改性增韧剂的结构式如式(I)所示：
[0006][0007]其中，R包括烷基、苯基中的至少一种；
[0008]n1、n2为0
‑
999的任意自然数。
[0009]本专利技术技术方案中，有机硅改性增韧剂的分子主链为聚硅氧烷，在聚硅氧烷分子链上引入烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯、9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物，一方面，可以赋予有机硅良好的阻燃性能，具体的，燃烧时，有机硅改性增韧剂分子中的磷原子会与硅形成协同效应，在燃烧的煤焦中形成Si
‑
O及P
‑
O的化合物分子，从而促进基质形成
更稳定、更紧密的炭层，增强焦炭在分解过程中的阻燃性；另一方面，有机硅材料因具有Si
‑
O
‑
Si链段，因此具有良好的柔韧性和热稳定性，同时采用有机硅改性环氧树脂时，Si
‑
O
‑
C被引入环氧树脂结构体系，可降低其交联密度和内应力，进而提高其断裂韧性和热稳定性。
[0010]将本专利技术的有机硅改性增韧剂与环氧树脂混合可得到阻燃型环氧树脂，制备的阻燃型环氧树脂在特定的添加量范围可表现出优异的阻燃性能，其阻燃等级可达到V
‑
0，与此同时，制备的阻燃型环氧树脂还表现出良好的力学性能。
[0011]第二方面，本专利技术还提出一种有机硅改性增韧剂的制备方法，包括以下步骤：以含氢聚硅氧烷为初始反应原料，依次经硅氢加成反应、开环加成反应得到所述有机硅改性增韧剂。
[0012]本专利技术有机硅改性增韧剂的合成路径如下：
[0013][0014]其中，所述硅氢加成反应包括以下步骤：以含氢聚硅氧烷、烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯为反应物，甲苯为反应溶剂，在卡式铂催化剂的催化下发生硅氢加成反应生成中间产物A。
[0015]所述开环加成反应包括以下步骤：以中间产物A、9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物为反应物，N,N
‑
二甲基乙酰胺为反应溶剂，在加热条件下所述中间产物A的环氧基团发生开环，与9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物加成得到所述有机硅改性增韧剂。
[0016]作为本专利技术所述有机硅改性增韧剂的制备方法的优选实施方式，所述含氢聚硅氧烷包括线性含氢聚硅氧烷、树酯型含氢聚硅氧烷中的至少一种。
[0017]本专利技术技术方案中，含氢聚硅氧烷的结构式如式(Ⅲ)所示：
[0018][0019]其中，n1、n2为0
‑
999的任意自然数；
[0020]当n1＝0时，含氢聚硅氧烷为树酯型含氢聚硅氧烷，树酯型含氢聚硅氧烷在提供增韧改善的同时也可以保留一定的强度。当n1≠0时，含氢聚硅氧烷为线性含氢聚硅氧烷，线性含氢聚硅氧烷则可以较大程度改善采用韧性。
[0021]本申请技术方案中所述的含氢聚硅氧烷一般为市售产品，也可根据实际情况进行自制。
[0022]作为本专利技术所述有机硅改性增韧剂的的制备方法的优选实施方式，所述中间产物A的结构式如式(Ⅱ)所示：
[0023][0024]其中，R包括烷基、苯基中的至少一种；
[0025]n1、n2为0
‑
999的任意自然数。
[0026]作为本专利技术所述有机硅改性增韧剂的制备方法的优选实施方式，所述硅氢加成反应的反应温度为50
‑
70℃，反应时间为3
‑
7h。
[0027]专利技术人经过大量实验发现，反应过程的温度和时间直接影响产物的产率，当硅氢加成反应的反应温度为50
‑
70℃，反应时间为3
‑
7h时，有机硅改性增韧剂的产率最高。
[0028]作为本专利技术所述有机硅改性增韧剂的制备方法的优选实施方式，所述开环加成反
应包括以下步骤：将9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
‑
氧化物加入反应容器中，升温至135℃直至9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
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10
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磷杂菲
‑
10
‑
氧化物完全融化；在反应容器中继续加入中间产物A；缓慢滴加二甲基乙酰胺，将混合体系升温至170℃，搅拌反应3h；依次经脱除溶剂、乙醇洗涤、真空干燥得到所述有机硅改性增韧剂。
[0029]第三方面，本专利技术还提出一种有机硅改性增韧剂在制备阻燃型环氧树脂中的应用。
[0030]作为本专利技术所述有机硅改性增韧剂在制备阻燃型环氧树脂中的应用的优选实施方式，所述阻燃型环氧树脂包括：环氧树脂、有机硅改性增韧剂、固化剂，其中，所述有机硅改性增韧剂的质量为所述环氧树脂质量的20
‑
40％。
[0031]本专利技术技术方案中，将前述制备的有机硅改性增韧剂添加至环氧树脂中，混合得到阻燃型环氧树脂，制备的阻燃型环氧树脂在特定的添加量范围可表现出优异的阻燃性能，其阻燃等级可达到V
‑
0，与此同时，制备的阻燃型环氧树本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性增韧剂，其特征在于，所述有机硅改性增韧剂的结构式如式(I)所示：其中，R包括烷基、苯基中的至少一种；n1、n2为0
‑
999的任意自然数。2.如权利要求1所述的有机硅改性增韧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以含氢聚硅氧烷为初始反应原料，依次经硅氢加成反应、开环加成反应得到所述有机硅改性增韧剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅氢加成反应包括以下步骤：以含氢聚硅氧烷、烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯为反应物，甲苯为反应溶剂，在卡式铂催化剂的催化下发生硅氢加成反应生成中间产物A。4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述开环加成反应包括以下步骤：以中间产物A、9,10
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二氢
‑9‑
氧杂
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10
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磷杂菲
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10
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氧化物为反应物，N,N
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二甲基乙酰胺为反应溶剂，在加热条件下所述中间产物A的环氧基团发生开环，与9,10
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二氢
‑9‑
氧杂
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10
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磷杂菲
‑
10
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氧化物加成得到所述有机硅改性增韧剂。5.如权利要求2
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含氢聚硅氧烷包括线性含氢聚硅氧烷、树酯型含氢聚硅氧烷中的至少一种。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文彬，钱帆，袁有学，梁乐成，
申请(专利权)人：广东万木新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：