高透光自交联有机硅树脂的制备与性能研究

张英强, 赵永新

(上海应用技术大学 材料科学与工程学院， 上海 201418)

有机硅树脂具有高透光率、高折射率、高热稳定性、高耐黄变性、耐低温等优点，是当前应用最广泛的光学封装材料[1-3]，被广泛应用于建筑密封领域，也可用于太阳能、大功率LED及光学器件的封装.近年来，随着高层建筑的快速发展，新型建筑密封及连接材料研发工作的活跃[4]，对封装材料的透光率和耐热性等有了更高的要求，使得该技术领域的研究极具发展前景[5-6].

1 试验

1.1 试剂

二苯基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、含氢环体、乙烯基双封头，工业级，市售；甲苯，分析纯，上海泰坦科技股份有限公司生产.

1.2 自交联有机硅树脂的制备与固化

1.3 测试仪器与方法

采用美国TA公司Q 2000差示扫描量热仪(DSC)对试样进行量热分析，在氮气气氛下，从25℃升温到300℃，升温速率为10℃/min.采用平衡溶胀法测定固化物的交联度.在自交联有机硅树脂和双包装有机硅树脂中加入3%的络合铂有机硅固化剂，在150℃下固化一定时间，制成厚度为1mm的试样，以空气做参比，采用上海精科UV757CRT紫外可见光谱仪(UV-Vis)进行分析，测试其在200～800nm波长范围内的透光率.采用德国耐驰同步热分析仪(TG-DTG)对固化后的产物进行热分解分析，升温范围25～300℃，升温速率10℃/min.

2 结果与讨论

2.1 DSC分析

图1为样品SS-1，SS-2，SS-3以及SS-4在空气中的DSC温度扫描图.

图1 不同样品的DSC曲线Fig.1 DSC curves of different samples

2.2 交联度分析

取样品SS-1，SS-2，SS-3和SS-4在150℃下分别固化一定时间.图2为样品SS-1，SS-2，SS-3以及SS-4的交联度与固化时间关系图.

图2 不同样品的交联度-温度曲线关系Fig.2 Relationship curves of degree of crosslingking versus curing time of samples

随着固化时间的增加，4种样品的交联度也呈现不同程度的增加.说明延长固化时间对于树脂交联网络的构建有利，但后期随着黏度的增大该作用受限，交联度提升幅度变缓.

2.3 透光率分析

图3为样品SS-1，SS-2，SS-3和SS-4面对不同波长光线时的透光率.

图3 不同样品的透光率曲线Fig.3 Transmittance curves of different samples

2.4 TG-DTG分析

为弄清楚各样品在分解过程中的行为，试验研究了4种有机硅固化物在氮气环境下的热降解过程.图4为4种样品的TG-DTG曲线.Ti(初始分解温度)，Tp(最大分解速率点温度)及600℃残炭量相应数据总结在表1中.从图4可以看出：4种样品的热稳定性顺序为SS-4>SS-3>SS-2>SS-1.样品SS-1在相对较低温度(215℃)下便开始出现降解失重，说明其固化交联结构中尚存在一定的耐热弱点和结构；这与其合成反应机理有关，烷氧基硅烷通过水解缩合形成自交联有机硅树脂分子结构，由于反应过程可逆导致必然残存一定量的—Si—OCH3未参加反应而留在树脂结构中，正是该结构的存在而使其遇热而早期分解.样品SS-4的固化进行得较为完全，其相对完善的固化物交联结构使其即使在苯基含量略低的情况下仍然具有较高的热分解温度.从图4上的微分热重可以看出，4种样品的热分解过程均为一段：在升温过程中，相互间发生反应，脱除小分子，并催化促进了化学键的断裂，而当温度升高到500℃，硅树脂主链—Si—O—Si—发生很大程度的环降解，键断裂成大小不一的环体，热失重迅速增加，之后，体系达到最大的降解速度.

图4 不同样品的TG -DTG曲线Fig.4 TG-DTG curves of different samples

SampleTi/℃Tp/℃Char residue at 600℃/%SS-1215.8506.677.0SS-2236.3527.879.5SS-3262.7526.079.5SS-4315.8563.181.4

2.5 产品性能比较

将制备的自交联有机硅树脂SS-4与现有缩合型有机硅产品DOW CORNING®1-2577进行了比较，数据列于表2.从表2中可以看出，自交联有机硅树脂SS-4较DOW CORNING®1-2577具有更高的透光率和起始热分解温度，且固化过程中无小分子放出.说明所制备的自交联有机硅树脂具有较好的工艺性能和技术性能，能用于对透光、耐热性能有突出要求的新型建筑、微电子、光电子及其他新技术领域.

表2 产品关键性能比较

3 结论

(1)DSC结果表明，自交联有机硅树脂具有较低的固化反应热，且放热峰比较平缓，完成固化过程需要较长时间.

(2)自交联有机硅树脂的固化物具有较佳的透光性，在400～800nm波长范围内的透光率可达100%.

(3)自交联有机硅树脂的固化物具有相对较好的耐热性，所制得固化物的起始热分解温度最高可达315.8℃.

(4)制备的自交联有机硅树脂具有较佳的透光性和耐热性，可用于对光、耐热性能有突出要求的新型建筑及其他新技术领域.