有机硅树脂复合材料研究进展

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1、张先伟范宏幸浙江大学化学工程与生物工程学系，杭州，310027【摘要】本文综述了近年来国内外有机硅树脂复合材料的主要研究进展，总结了相关设计和优化思路，并对硅树脂基复合材料的发展趋势作了展望。【关键词】硅树脂，复合材料，研究进展1前言有机硅树脂是以Si．O．Si为主链、硅原子上连接有机基团的高度交联型热固性聚硅氧烷体系。硅树脂特殊的组成和结构赋予其极佳的耐热性和耐候性，并兼具优良的憎水、电绝缘、阻燃性、耐化学品、耐辐射、防霉菌、防粘脱模等性能。其产品主要涉及电绝缘漆、涂料、胶黏剂、塑料、阻燃剂、防潮剂、微粉及梯形聚合物等，在电子电器、轻工纺织、建

2、筑、医疗、航天等领域有着广泛的应用ll。2‘。硅树脂具有诸多优良性能，在许多领域占据着不可替代的地位，但也存在固化性、粘接性、耐溶剂性及配伍性欠佳等缺点【l捌，这些不力因素限制了其推广应用，导致硅树脂的市场份额远不如硅油、硅橡胶和硅烷偶联剂等有机硅化合物，因此往往需要通过改性或复合等方式扬长补短，拓宽材料的应用范围。目前，对于有机硅树脂的研究一般集中在以下两个方面：一、通过物理或化学方法对硅树脂进行改性，强化某方面的优良性能或弱化不利因素；二、将硅树脂与其他材料复合，整合优势，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围及制备高性能的复合材料。前者研究

3、较多的是在硅树脂主链或侧链中引入极性基团以及使用有机树脂改性硅树脂，研究历史较长，方法相对成熟；后者则是近年来研究的热点，它将多领域热门材料与硅树脂相结合，发展潜力大，但往往离不开前者研究成果的基础支持。2．有机硅树脂复合材料有机硅树脂复合材料是以有机硅树脂为基体、经填料填充或纤维(或其织物)增强的复合材料，也可以是为了满足特定功能与其他材料相互组合的复合体。硅树脂基复合材料不仅具有硅树脂的耐温特性、介电性及生理惰性等特殊性能，还复合了其他材料的优良特性，并且可通过调节各组分的比例及组合方式来调节复合材料的性质和功能，因而具有广泛的应用前景。目前

4、，国内外硅树脂复合材料的研究方向主要涉及光学透明材料、多孔材料、硅漆和涂料、导热导电功能复合材料、耐高温高强复合材料，软磁复合材料、航天用透波材料等等。2．1光学透明聚合物材料高性能透明聚合物材料在光学纤维、发光二极管包装材料、光学透镜、显示板、导波管等尖端领域有着重要的应用，是当前材料界的一个热门研究点。为了满足市场应用需要，高性能透明聚合物材料的研究集中在固化条件温和快速化、介电性和热稳定性的提高及透明度和抗紫外功能的改善【3圳。硅树脂因自身独特的性质在高性能透明材料的制备和应用过程中前景广阔。Lee掣5】制备了一种头部为联氨基、含硅氧烷双尾

5、链特殊结构的配体，并将其作为分散剂用于Zr02／聚二甲基硅氧烷透明复合材料的制备(配体与Z／02溶胶混合均匀后再与PDMS溶液共混)。由于碱性环境中Z102表面带负电，配体的氨基头部可与Zr02发生强烈吸附作用，而尾部两条硅氧烷链段具有较大空间位阻且与硅树脂基体相容性较好，从而抑制了Zr02纳米粒子间的团聚，改善了粒子在基体中的分散性。最终得到的复合材料在可见光区透明度3l高于93．3％。鉴于环氧树脂作光电子器件包装材料时存在紫外光和热环境下易发黄变色，进而影响LED灯发光效率和使用寿命的现象，Gao等【6J以MHHPA为固化剂，DTAB为促进剂

6、，通过如下两步法合成了用于光电子器件包装材料的透明光电脂环族环氧硅树脂：1)1，3，5，7．四甲基环四硅氧烷与1，2．环氧．4．乙烯基环己烷(VCMX)硅氢加成；2)正丁醇封闭未反应的Si-H键(防止因Si．H与酸酐类固化剂反应产生气泡而影响最终树脂的性能和应用)。1HNMR及分子量分析表明，脂环族环氧烷的接枝率达90m01％。测试显示，改性硅树脂的透明度>90％(800nm)，5％失重温度>340"C，吸水率<2％，表面粘结性5B，邵氏硬度60，120℃热老化或紫外光老化288h后并无发黄现象，耐热耐紫外性能、透明度及吸水率等较市售脂环族环氧树

7、脂EI也_4221明显改善。Yang等首次将硅树脂与量子点发光材料相复合，使透明材料与半导体量子点两个研究热点结合起来。Yang等【_7】以溶胶．凝胶法制备的不同粒径氧化锌量子点为填料，硅树脂(DowComingOE6665)为基体，通过简单的物理共混(丙酮作稀释剂)制备了ZnO-QOs／硅树脂基光致发光透明纳米复合材料。实验显示该复合材料在可见光区高透明，并具有良好的热稳定性和紫外屏蔽作用：此外，通过改变ZnO．QDs的粒径可调节发光的颜色(蓝色．黄绿色)。Yang[8】等还运用注射和氧化刻蚀相结合的方式制备了粒径可控CASe量子点，通过溶液共

8、混法(正己烷促进分散，丙酮降低树脂基粘度)制得CdSe．QDs／rd：树脂复合材料；直接将四乙氧基硅烷在ZnO乙醇溶液中水解制得ZnO．