硅树脂

科技 | 工业产品 | 建筑材料 | 热固性聚硅氧烷聚合物

硅树脂,是一种具有高度交联结构的热固性 聚硅氧烷 聚合物,兼具有机树脂及无机材料的双重特性,具有独特的物理、化学性能,有很好的电绝缘性质,耐温及防水的效果。

硅树脂耐候性比一般的有机树脂好。因此,在耐温、耐热及防湿处理保护表层的涂布上,皆为理想的材料。

简介

硅树脂――Silicone

由硅、 氧原子 构成主链的聚合物,一般硅原子上连接有其他 烃类 基团。硅树脂具有极好的耐水性和耐温性(-100°F到+600°F)。

硅树脂是具有高度交联结构的热固性聚有机硅氧烷,因其特殊的结构,与其它有机树脂相比,具有优异的耐热性、耐寒性、耐候性、电绝缘性、疏水性及防粘脱模性等;因此,被广泛用作耐高低温 绝缘漆 、耐热涂料、耐候涂料、耐烧蚀涂料及耐高低温、电绝缘的模塑料等。

硅树脂一般以有机氯硅烷混合物或有机乙氧基硅烷为原料,在混合溶剂中经过水解、 缩聚 反应制得。硅树脂的固化是在加热或催化剂作用下,转变成具有三维网状结构、不溶不熔的热固性树脂的过程。目前国内外有关硅树脂的研究较多。硅树脂一般需在高温下固化成型,这限制了其使用范围。 硅树脂

用途

有机硅树脂 主要作为绝缘漆(包括清漆、 瓷漆 、色漆、浸渍漆等)浸渍H级电机及 变压器线圈 ,以及用来浸渍 玻璃布 、玻布丝及 石棉 布后制成 电机 套管、电器绝缘 绕组 等。用有机硅绝缘漆粘结云母可制得大面积云母片绝缘材料,用作 高压电机 的主绝缘。此外,硅树脂还可用作耐热、耐候的 防腐涂料 ,金属保护涂料,建筑工程防水防潮涂料, 脱模剂 ,粘合剂以及二次加工成 有机硅塑料 ,用于电子、电气和国防工业上,作为半导体封装材料和电子、电硅树脂按其主要用途和交联方式大致可分为有机硅绝缘漆、 有机硅 涂料、有机硅塑料和有机硅粘合剂等几大类。

硅树脂加工添加剂具有独特的灵活性及兼容性,已成为纸浆、生活用纸生产的关键成分。具体如下:

(1)电绝缘漆:电机电器的体积、质量及使用年限,与电绝缘材料的性能有很大的关系。因此工业上要求使用多种的电绝缘漆,包括 线圈 浸渍漆、玻璃布浸渍漆、云母黏接绝缘漆及电子电器保护用硅漆等。

(2)涂料:硅树脂具有优良的耐热、耐寒、耐候、憎水等特性,加之可获得无色透明且有良好黏接性及耐磨性的涂层防黏脱膜涂料及防潮憎水涂料。

(3)黏接剂:作为黏接剂使用的聚硅氧烷有硅胶型及硅树脂型两种,两者在结构及交联密度上有差别。其中树脂型贴接剂还有纯硅树脂型及改质型树脂之分别。

(4)塑料:主要用在耐热、绝缘、组然、抗电弧的有机硅塑料、半导体组件外壳封包塑料、 泡沫塑料

(5)微粉及梯形聚合物:硅树脂微粉与无机填料相比,具有相对密度低,同时具又耐热性、耐候性、润滑性及憎水性的特点。梯形硅树脂较通用网状立体结构的硅树脂有较高的耐热性、电器绝缘性及耐火焰性。

特点

硅树脂的分类硅树脂是以硅—氧—硅为主链,硅原子上联接有有机基的交联型的半无机高聚物。它是随着 直接法 生产 有机硅单体 硅树脂具有突出的耐候性,是任何一种有机树脂所望尘莫及的,即使在 紫外线 强烈照射下,硅树脂也耐泛黄。 硅树脂胶粘剂 有机硅胶粘剂按原材料来源可分为以硅树脂为基料的胶粘剂和以 硅橡胶 为基料的胶粘剂,前者主要用于胶接金属和耐热硅树脂对铁、铝和锡之类的金属胶接性能好,对玻璃和陶瓷也容易胶接,但对铜的粘附力较差。以纯硅树脂为基料的有机硅胶粘剂。

硅树脂涂料有不少缺点:成膜性能较差,包括固化温度高、时间长,大面积施工不方便,且涂膜对底层附着力差。用 氟化 改性主要是增加有机硅树脂的耐溶剂性,斥油性(抗黏性)和降低表面能。有机硅树脂的临界表面张力低于其他树脂,但高于 氟树脂

硅树脂是一种热固性的塑料,它最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。250℃加热24小时后,硅树脂 失重 仅为2~8%。硅树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能,它在宽的温度和频率范围内均能保持其良好的绝缘性能。

硅树脂含有机基团的数量即R/Si值是控制硅树脂质量的主要指标之一,有机硅树脂的固化性、漆膜柔韧性、硬度、耐热性及耐热开裂性等均与R/Si有关。一般线性硅油的R/Si略大于2,硅橡胶的R/Si接近于2,而硅树脂的R/Si在1.0左右。R/Si值越小,硅树脂的固化性能就越好,热失重越小,漆膜坚硬,但柔韧性降低,漆膜变脆,耐冲击强度降低;R/Si值越大,硅树脂就需要在高温(200-250℃)下长时间烘烤或是借助于催干剂作用进行固化,使柔韧性较好,漆膜硬度差,具有较好的抗冲击强度。

此外,硅树脂的性能还与有机基团R的种类密切相关,当有机基为-CH3时,可赋予硅树脂热稳定性、憎水性、脱模性、耐电弧性;当有机基为-C6H5时,赋予硅树脂氧化稳定性,可提高 树脂 的热稳定性;当有机基为-CH=CH2时,可改善硅树脂的固化性能并赋予偶联性;当有机基为 苯基乙基 时,可改善硅树脂与有机物的共混性;当有机基为-NH2(CH2)时,可改进聚合物的水溶性,同时赋予偶联性;当有机基为长链烷基时,可提高硅树脂的憎水性。因此,可根据具体的性能要求选择带有不同基团的 硅氧烷 单体来制备硅树脂。

特点

(1)硅树脂对铁、铝和锡之类的金属胶接性能好,对玻璃和陶瓷也容易胶接,但对铜的粘附力较差;

(2)以纯硅树脂为基料的有机硅胶粘剂,以硅树脂为基料,加入无机填料和溶剂混合而成,固化时放出小分子,需加热加压;

(3)硅树脂为基料的胶粘剂固化温度太高,应用受到限制;

(4)加入少量的 原硅酸乙酯 、乙酸钾及 硅酸盐玻璃 等,固化温度降到220~200℃,高温强度仍有392-490MPa;

(5)纯硅树脂机械强度低,与 聚酯 、环氧或酚醛等有机树脂共聚改性时,可获得耐高温性能和优良的机械性能,用于耐高温 结构胶

耐候性

耐候性是硅树脂的主要特点之一,因而被广泛用作耐候涂料的基料。漆膜耐候性试验最简单的方法是,将涂布了硅树脂的试片,暴露于室外,并观察涂层光泽度或色泽的变化以及龟裂情况等。但由于试片在室外接收的日光照射量,气温变化,雨、雪、风、霜的袭击,空气中游离尘埃以及各种化学物质的污染等不尽相同,故很难有严格的标准。使评比及分析比较困难。加之取得结果的周期较长(以年计),因而使用此法者已渐少,现在多用加速老化试验机,求取耐候性数据。

加速试验 条件下,涂层光泽度保持60%, 醇酸树脂涂料 为250h,含30%(质量分数)硅氧烷的醇酸树脂涂料为750h,含50%(质量分数)硅氧烷的醇酸树脂涂料为2000h,而硅氧烷涂料经过3000h后,光泽度保持率仍高于80%。在众多可引起涂层老化的因素中,太阳光特别是紫外线的照射是引起涂层光泽度降低及表面粉化的主因。已知,地球表面 太阳光 光谱分布的 波长 域的光十分敏感,者是有机树脂耐候性不佳的根源。已知,甲基硅氧烷对紫外光几乎不吸收,含PhSiO1.5或Ph2SiO链节的硅氧烷也仅吸收280nm以下的光线(包括少量紫外光),故太阳光照射对硅树脂的影响较小,这正是硅树脂涂料耐候性优良的主因。

机械性能

对硅树脂机械性能的要求,主要取决于用途。用作电绝缘漆、涂料及黏合剂的硅树脂,人们比较关心其硬度、弹性、热塑性及粘接性等。硅树脂漆膜的硬度和弹性,可通过调整树脂分子结构而在很大范围内变化。当三官能或四官能链节含量愈高,即 交联 密度愈大时,可以得到高硬度和低弹性的漆膜;引入大空间位阻的取代基,可以提高柔韧性及热弹性,这正是甲基苯基硅树脂的柔性及热塑性优于甲基硅树脂的原因。因而硅树脂无需使用特殊增塑剂,而是靠软、硬硅树脂的适当搭配即可满足对塑性的要求。

用作某些涂料时,纯硅树脂涂膜的硬度不足,而热塑性有余;若使用有机改性硅树脂,则很容易解决这个矛盾。

颜料和催化剂也可影响硅树脂的硬度及弹性。颜料有加速硅树脂漆膜氧化的作用,并使其转化成更硬的硅玻璃。使用低活性催化剂,由于 缩合反应 不完全,只能得到软涂层;反之,使用高活性催化剂(如Pb、 Al 等的化合物),则可获得硬脆的涂层,但是有的催化剂(如钛酸 酯 )却能再不严重降低弹性的前提下,有效的提高涂层的硬度。

硅树脂对铁、铝、银、锡、玻璃及陶瓷等粘接性良好,但对铜的粘接性欠佳,特别是在高温及长时间热老化后,可能使铜别面的氧化薄膜有加速硅树脂热裂解反应之故。硅脂对有机材料如塑料、硅橡胶等的粘接性,主要取决于后者的表面能及与硅树脂的相容性。表面能量愈低及相容性愈差的材料越难粘接。通过对基材表面的处理(包括磨砂及打底),特别是在硅树脂中引入增黏成分,可在一定程度上提高硅树脂对粘基材的粘接性。

分类

硅树脂类型主要包括甲基苯基硅树脂、甲基硅树脂、低苯基甲基硅树脂、有机硅树脂乳液、自干型有机硅树脂、高温型有机硅树脂、环氧改性有机硅树脂、有机硅聚酯改性树脂、自干型环保有机硅树脂、环保型有机硅树脂、 不粘涂料 有机硅树脂、高光有机硅树脂、苯甲基透明硅树脂、 甲基 透明有机硅树脂、云母粘接硅树脂、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂、氟硅树脂、硅树脂溶液、有机硅-环氧树脂、有机硅 聚酯树脂 、耐溶剂型有机硅树脂、有机硅树脂胶粘剂、 氟硅树脂 硅树脂密封剂、耐高温甲基硅树脂、自干型 有机硅绝缘漆 、甲基MQ硅树脂、 乙烯基 MQ硅树脂 、硅丙树脂涂料。

合成

通常是用 甲基三氯硅烷二甲基二氯硅烷苯基三氯硅烷二苯基二氯硅烷甲基苯基二氯硅烷 的各种混合物,在有机溶剂如 甲苯 存在下,在较低温度下 加水分解 ,得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物,通常还含有相当多的 羟基 。水解物经水洗除去酸,中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚,最后形成高度交联的立体网络结构。

市场表现

与硅橡胶和 硅油 相比,硅树脂是有机硅产品中用量较少的产品,约占有机硅产品的10%。全球硅树脂的生产总量在9万吨左右,美国是最大的生产国,约为4万吨,除国内每年消费7000吨左右外,其余全部出口。日本和西欧地区的产量基本相同,均为2万吨年左右,而且大部分自用。预计2005年,全球硅树脂的消费有望达到10万吨。

目前,国内现有有机硅树脂生产厂近20家,其中有近10家是专业油漆或绝缘材料厂。主要产品是以甲基、苯基树脂为基料的绝缘浸渍漆、耐热涂料、 防水涂料 、云母粘接剂等。其中大型硅树脂装置的生产规模为千吨级,小型硅树脂装置的生产规模在百吨级。

与其它有机硅材料相比,硅树脂在国内市场上长期以来较为稳定,目前国内每年硅树脂的消费量8000吨左右,主要用于电子/电气领域。近年来,我国高档建筑 外墙涂料 市场开始启动,其中,有机硅改性 丙烯酸涂料 (硅丙涂料)是重要品种。随着我国高档建筑外墙涂料的迅速发展,硅树脂在建筑领域的消费量会迅速增长,并将逐步取代电子/是电器,成为硅树脂的主要应用领域。预计2015年国内硅树脂的消费量将达到15000吨。

引用来源

中文名
硅树脂
外文名
Silicone resin
别名
聚硅氧烷树脂
运用领域
建筑外墙涂料
类别
有机物
功能
用作电绝缘漆、涂料黏合剂
材质
热固性塑料
用途