含酰胺基硅树脂的制备
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脱模剂科普氟脱模剂继承了含氟材料的特点,能够显著降低固体的表面能,使其产生难浸润和不粘着性,不易与其他物质溶合,很好的解决了成品与模具之间的粘结问题,配制成脱模剂时,含氟化合物的用量极小。
对热固性树脂、热塑性树脂和各种橡胶制件均适用,模制品表面光洁,二次加工性能优良,特别适合于精细电子零部件的脱模。
售价一般在100-300元/kg,属于高档产品。
有机氟化物是最佳的脱模剂, 隔离性能好, 对模具污染小, 但价格较高。
品种主要有:1) 聚四氟乙烯( 相对分子质量1800) ;2) 氟树脂粉末( 低分子PTFE) ;3) 氟树脂涂料( PTFE, FEP, PFA) 。
有机硅脱模剂是以有机硅氧烷为原料制备而成,其优点是耐热性好,表面张力适中,易成均匀的隔离膜,脱模寿命长。
缺点是脱模后制品表面有一层油状面,二次加工签必须进行表面清洗。
常用的有硅油,硅橡胶,乳化硅油以及硅脂等。
有机硅脱模剂是目前橡塑脱模剂中档市场的主流产品,在聚氨酯、橡胶、聚乙烯和聚氯乙烯等树脂的加工中均有广泛应用。
国外主要有道康宁、日本东方油脂工业株式会社和信越公司的有机硅脱模剂在销售。
国内生产有机硅脱模剂的厂很多,但是规模偏小,还有一个品牌能在市场上占据主导位置。
硅氧烷化合物、硅油、硅树脂, 是一种隔离性较好的脱模剂, 对模具污染小, 主要用于天然橡胶、塑料和丁基橡胶的模型制品。
只要涂一次, 可进行5~ 10次脱模。
主要品种有:1)甲基支链硅油( 128 号硅油) , 直接用于脱模。
2)甲基硅油: 将粘度300~ 1 000cp 的甲基硅油溶于汽油( 或甲苯、二甲苯、二氯乙烷) 中, 配成0.15% ~ 2%硅油溶液。
适用于橡胶、塑料模型制品脱模。
3)乳化甲基硅油。
配成含硅油35% ~ 40%的水乳液(需加乳化剂如吐温20、平平加或聚乙烯醇, 用量约为含硅油量的2%) 。
然后加水稀释到含硅油0.1% ~ 5%, 喷涂到模具上, 经加热除去水分, 使硅油沉附于模腔表面上。
研究・开发 荫机・l精斟,2013,27(3):165~168 SILICONE MATERIAL
含酰胺基硅树脂的制备 朱良波,唐小斗,钟云竹,孙挚 (中蓝晨光化工研究设计院有限公司,成都610041)
摘要:分别以4种二元羧酸酯和 一氨丙基三乙氧基硅烷或 一氨丙基甲基二乙氧基硅烷为原料、甲醇 钠为催化剂,通过酰胺化反应制备了8种含酰胺基的硅化合物;以苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、 二甲基二乙氧基硅烷为原料,稀盐酸为催化剂,通过水解缩聚反应制备了甲基苯基硅树脂预聚体;再将含 酰胺基的硅化合物与硅树脂预聚体反应,制备了含酰胺基的硅树脂。实验发现,含酰胺基硅化合物的引入 能有效提高硅树脂的耐油性、耐溶剂性及硬度;尤其是加入10%的Ⅳ,Ⅳ 一双[3一(二乙氧基甲基硅基)丙 基]对苯二甲酰二胺(化合物3c)或Ⅳ,Ⅳ’一双[3一(三乙氧基硅基)丙基]对苯二甲酰二胺(化合物3d)的 硅树脂,其室温耐油性、200qC耐油性分别从未改性硅树脂的7天和24 h提高到160天以上和400 h以上, 耐溶剂(石油醚或二甲苯)性及硬度分别从未改性硅树脂的18 h和4H提高到3 000 h和8H。 关键词:耐油性,硅树脂,预聚物,二元羧酸酯,Y一氨丙基三乙氧基硅烷, 一氨丙基二乙氧基甲基 硅烷,酰胺基 中图分类号-TQ324.2 1 文献标识码:A 文章编号:1009—4369(2013)03—0165—04
硅树脂是具有高度交联结构的热固性聚硅氧 烷体系,其独特的si—O键结构使其具有优良的 耐高低温性、耐候性、耐辐射性能¨ ;但其耐 油性和耐溶剂性仍有改进空间。含氟树脂具有优 良的耐油性 ;但单体有毒,且价格昂贵,耐 油且环保的树脂至今只有少量报道 J。聚酰胺 树脂具有高强度、耐磨、耐油和耐化学腐蚀等优 良综合性能 J。因此,希望把酰胺基引入硅树 脂中以提高其耐油性,开发廉价、无毒、安全环 保的硅树脂。 本实验首次合成了一系列含酰胺基的硅烷化 合物,并将其与硅树脂预聚体按一定比例共缩 聚,制备了一系列含酰胺基的硅树脂;将其在 250 c【=×0.5 h条件下固化后,考察了硅树脂膜 的耐油性、耐热油性、耐溶剂性。 1 实验 1.1主要试剂及仪器 苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二 甲基二乙氧基硅烷:纯度99%以上,蚌埠市新 瑞有机硅有限公司; 一氨丙基三乙氧基硅烷 (KH 550); 一氨丙基甲基二乙氧基硅烷(Si一 902):纯度99%以上,南京联硅化工有限公司; 盐酸:AR,四川西陇化工有限公司;丙二醇单 甲醚醋酸酯:AR,江苏瑞佳化学有限公司;对 苯二甲酸二甲酯(DMT):AR,四川晨光科新塑 胶有限公司;邻苯二甲酸二乙酯:AR,天津市 博迪化工有限公司;丁二酸二甲酯:AR,中国 医药集团上海化学试剂公司;丙二酸二甲酯、癸 二酸二甲酯:AR,国药集团化学试剂有限公司; 甲醇钠:自制H 。 1.2含酰胺基硅化合物的制备 酰胺化合物可通过3种方法制得:一是酰氯 与胺类化合物进行脱除氯化氢反应 ;二是 羧酸与胺类化合物直接加热酰胺化;三是羧酸酯 与胺类化合物进行脱醇缩合反应¨卜H J。由于原 料中存在易水解的烷氧基,所以本实验采用反应 控制容易、无水生成、不腐蚀设备以及转化率较 高的第三种制备方案。 在室温下将二元羧酸酯和氨烷基硅烷偶联剂 (量之比为10:9.5)及催化剂甲醇钠加入反应瓶 中,搅拌并升温至90 ̄C,反应3 h;降至室温, 加分水器蒸出甲醇;再在95℃反应2 h,停止 反应。
收稿日期:2012—12—11。 作者简介:朱良波(1978一),男,高工,博士,主要从事 有机合成及硅树脂材料方面的研究。 E—mail:zhuliangho@yahoo.cn。 ・ l66 ・ 喷 氓 It 材 料 第27卷 1.3含酰胺基硅树脂的制备 硅树脂预聚物的制备:室温下将苯基三乙氧 基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅 烷按一定比例加入反应瓶中,加入水及稀盐酸, 搅拌均匀,升温至80%,反应2 h, H NMR检测 烷氧基基本水解完毕,停止反应,得到澄清透明 反应液,备用。 含酰胺基硅树脂的制备:室温下将原料和催 化剂加入反应瓶中,搅拌并升温至90cC,反应3 h; 降至室温,加分水器蒸出甲醇;再在95℃反应 2 h,停止反应,通过 H NMR表征产品质量。 1.4测试与表征 H NMR谱图:采用瑞士Bruker公司的AC
—P300型核磁共振仪进行(300 MHz,CDC1。)。 硅树脂膜的制备:将硅树脂涂在不锈钢片上 成膜,在250℃×0.5 h条件下固化。 硅树脂膜的耐油性:将硅树脂膜放入300 导热油中,浸泡一定时间后取出,观察膜表面是 否发生改变;耐溶剂性:将硅树脂膜放人石油醚
或二甲苯中,浸泡一定时间后取出,观察膜表面 是否发生改变。 硅树脂膜的铅笔硬度:采用东莞勤兴检测仪 器公司的QHQ手摇式铅笔硬度试验机测试。
2结果与讨论 2.1 系列含酰胺基硅化合物的制备 由于对苯二甲酸二甲酯(DMT)是一种廉 价、且商业化的原料;因此,以DMT与KH550 为原料,探索反应条件。通过大量实验发现,催 化剂的选择是该反应的关键。该反应以NaOCH 为催化剂时,含酰胺基硅化合物的产率达到 96%;而不使用催化剂时,即使在200 ̄C下反应 也只能得到少量目标产物。 在优化反应条件后,采用不同的二元羧酸酯 和氨烷基硅烷偶联剂为原料,制备了8种含酰胺 基硅化合物(反应通式见式1),反应物结构及 产物收率见表1。
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化合物1 化合物2 表1 二羧酸酯与氨基硅烷的酰胺化反应 化合物3
从表1中可以看出,该反应体系具有很好的 普适性,无论是脂肪族羧酸酯还是芳香族羧酸酯 与不同的氨烷基硅烷偶联剂反应,产物收率都较 高(74%~96%)。值得指出的是,以丙二酸二 甲酯为原料时,不用催化剂,1 、2 实验反应产 物的收率也分别达到了74%、92%。 2.2含酰胺基硅树脂的耐油性 表2是含酰胺基硅化合物种类对硅树脂膜室 温耐油性和高温(200 ̄C)耐油性的影响。 第3期 朱良波等.含酰胺基硅树脂的制备 ・ 167 - 表2含酰胺基硅化合物种类对硅树脂膜室温耐油性的影响
从表2可以看出,相对于未引入酰胺基的硅 树脂,含酰胺基的硅树脂具有更好的室温耐油 性,也就是说酰胺基的引入能有效提高硅树脂的 耐油性。由表2还可以看出,相对于未引入酰胺 基团的硅树脂,含酰胺基的硅树脂具有更好的高 温(200oC)耐油性;且化合物3c(Ⅳ,Ⅳ 一双[3 一(二乙氧基甲基硅基)丙基]对苯二甲酰二胺) 和化合物3d(N,N 一双[3一(三乙氧基硅基)丙 基]对苯二甲酰二胺)对提高硅树脂耐油性的作 用更明显。这可能是苯环在耐油性中起到了关键 作用。 2.3含酰胺基硅树脂的耐溶剂性 含酰胺基硅化合物种类对硅树脂膜耐溶剂性 的影响如表3所示。
表3 含酰胺基硅化合物种类对硅树脂膜耐溶剂性的影响
从表3可以看出,相对于未引入酰胺基的硅 树脂,含酰胺基硅树脂的耐溶剂性更好;且化合 物3c和3d对提高硅树脂膜耐溶剂性的作用更 明显。 2.4含酰胺基硅树脂膜的硬度 表4是含酰胺基硅化合物种类对硅树脂膜铅 笔硬度的影响。
表4含酰胺基硅化合物种类对硅树脂膜硬度的影响 含酰胺基硅化合物种类 未改性 化合物3n 化合物36 化合物3c 化合物3d
硬度 4H 7H 7H 8H 8H
从表4可以看出,由于该类硅树脂具有较高 的交联密度,硅树脂膜表现出较高的硬度。
3 结论 分别以4种二元羧酸酯和 一氨丙基三乙氧
基硅烷或 一氨丙基甲基二乙氧基硅烷为原料、 甲醇钠为催化剂,通过酰胺化反应制备了8种含 酰胺基的硅化合物;以苯基三乙氧基硅烷、甲基 三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷为原料、稀 盐酸为催化剂,通过水解缩聚反应制备了甲基苯 基硅树脂预聚体;再将含酰胺基的硅化合物与硅 树脂预聚体反应,制备了含酰胺基的硅树脂。含 酰胺基硅化合物的引入,能有效提高硅树脂的耐 油性、耐溶剂性及硬度;尤其是加入10%的Ⅳ, Ⅳ 一双[3一(二乙氧基甲基硅基)丙基]对苯二甲 酰二胺(化合物3c)或Ⅳ,Ⅳ 一双[3一(三乙氧 基硅基)丙基]对苯二甲酰二胺(化合物3d)的 硅树脂,其室温耐油性、200 ̄C耐油性分别从改 性前的7天和24 h提高到160天以上和400 h以 上,耐溶剂(石油醚或二甲苯)性及硬度分别 从改性前的18 h和4H提高到3 000 h和8H。有 关含酰胺基硅化合物性能的进一步研究正在进 行中。 ・ 168 ・ 哺 机 l 材 料 第27卷 参考文献 [1]冯圣玉,张洁,李美江,等.有机硅高分子及其应 用[M].北京:化学工业出版社,2004:153. [2]ZHANG Y M,YING H,LIU X L,et a1.Studies on the silicone resins cured with polymethylsilazanes at am— blent temperature[J].J Appl Polym Sci,2003,89: 1702—1707. J 3『LI Y,OONO Y。KADOWAKI Y,et a1.A novel ther- moplastic elastomer by reaction—induced phase decompo.. sition from a miscible polymer[J].Macromolecules, 2006,39(12):4195—4201. [4]LACHAT V,VARSHNEY V,DHINOJWALA A,et a1.Molecular origin of solvent resistance of polyaerylo— nitrile[J].Macromolecules,2009,42:7103—7107. [5]戴跃玲,孙永琳.聚酰胺树脂醇溶液研制及防腐应 用[J].辽宁化工,2000,29(4):187—198. [6]王云英,刘杰,孟江燕,等.喷涂型汽车油箱点焊 密封胶的研制[J].中国胶粘剂,2010,19(4):32 ~35. [7]孙向东,孙旭东,张慧波,等.利用金属钠制备甲 醇钠的生产工艺[J].化学生产与技术,2003,10 (5):35—37. [8]MOTOYAMA Y.Self-encapsulation of homogeneous catalyst species into polymer gel leading to a facile and efficient separation system of amine products in the Ru—