有机硅树脂的合成

介绍

有机硅树脂是一种聚硅氧烷树脂，一般是由多种硅氧烷单体、无机耐高温颜填料等通过溶胶一凝胶法制备而成，固化后的涂层类似于搪瓷结构，具有耐候性好、硬度高、耐高温、阻燃、环保无毒等诸多优点，在如轨道交通、建筑幕墙、不粘锅的技术领域得到了越来越多的应用和关注[1,2]。

图一 有机硅树脂

合成

以往合成的缺点

现有的有机硅树脂(如公开号CN110144044A提供的一种无溶剂型甲基硅树脂及其制作工艺)在耐候性、硬度等性能上虽然较为突出；但其也有不可忽视的缺陷。这类有机硅树脂在保温进行水解及缩聚反应之后，还需要进行升温蒸馏及熟化过程，故而制备工艺繁琐。而且，若不借助催化剂或固化剂的情况下，采用该有机硅树脂所制得的有机硅涂层在如光伏背板的有机基材或有机涂层上的固化速度慢，难以在短时间内达到表干，工艺周期长，进而影响光伏背板的生产效率；采用该有机硅树脂所制得的有机硅涂层在如光伏背板的有机基材或有机涂层上的附着力(尤其是耐水煮附着力)较差，耐摩擦性能也有待提升。故而，采用这类有机硅树脂所制得的有机硅涂层难以应用在太阳能背板领域[3]。

新合成方法

S1、将称取的分子式分别为Si(OR1)4、R2Si(OR3)3、R42Si(OR5)2和R6Si(OR3)3的有机硅烷化合物进行混合，得到有机硅烷混合体；其中，有机硅烷化合物Si(OR1)4、R2Si(OR3)3、R42Si(OR5)2和R6Si(OR3)3混合的质量比为20‑60：35：5：20；R1、R3、R5为氢或者C1‑4的烷基，R2、R4为C1‑18的烷基、C1‑18的不饱和烷基、环烷基或者苯基，R6为C1‑4氯代烷基。其中，分子式为Si(OR1)4的有机硅烷化合物优选为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙脂或正硅酸四丁酯中的至少一种。其中，分子式为R2Si(OR3)3的有机硅烷化合物优选为苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丁氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丁氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或十八烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。其中，分子式为R42Si(OR5)2的有机硅烷化合物优选为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、辛基(甲基)二甲氧基硅烷、十二烷基(甲基)二甲氧基硅烷、十六烷基(甲基)二乙氧基硅烷或十八烷基(甲基)二甲氧基硅烷中的至少一种。其中，分子式为R6Si(OR3)3的有机硅烷化合物优选为氯甲基三甲氧基硅烷、氯乙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷、氯丁基三甲氧基硅烷、氯甲基三乙氧基硅烷、氯乙基三乙氧基硅烷、氯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。S2、按重量份数计，将称取的25‑30份水、1‑2份催化剂和0.1‑0.5份分散剂进行混合，得到混合溶液。催化剂为酸性催化剂，具体为甲酸、乙酸或马来酸酐中的至少一种。其中，分散剂为分散剂BYK154、分散剂BYK131、分散剂BYK191、分散剂BYK130、分散剂BYK190、分散剂BYK331或分散剂BYK333中的至少一种。S3、再称取100重量份步骤S1的有机硅烷混合体，边搅拌边缓慢将称取的有机硅烷混合体滴加至步骤S2的混合溶液中，滴加时间为30分钟至1小时。S4、滴加完毕后，继续搅拌3‑24小时，以使有机硅烷混合体中的有机硅烷化合物先水解以制得有机硅多元醇，再使有机硅多元醇进行缩聚反应，即得有机硅树脂。其中，所得的有机硅树脂的分子量控制在1000‑3000的范围内，也即该有机硅树脂为有机硅低聚物[4]。

图二 有机硅树脂的合成

该方法所制备的有机硅树脂具有以下特点：

1、较低分子量，有机硅树脂多以双分子低聚物存在，其分子量为1000‑3000(如2100)；

2、高反应活性，形成的有机硅树脂具有很多的活性基团(如氯代烷基、硅羟基)，有机硅树脂具有大量的硅羟基，无需借助催化剂或固化剂，即可在一定温度下迅速自缩聚，使形成的有机硅涂层快速达到表干，缩短工艺周期，提高生产效率；

3、新的性能，合成的有机硅树脂中具有氯代烷基，含有的氯代烷基可以与其他树脂或者如光伏背板等光伏基材表面进行季铵化反应，增加反应活性，使得涂层更加稳固，且涂层与如光伏背板等光伏基材表面的结合更加紧密；

4、该有机硅树脂通过Si(OR1)4引入纳米二氧化硅，可使有机硅树脂具有更好的硬度和光泽度。

参考文献

[1]陈俊勇. 一种疏水型、粒径可控有机硅树脂微球及其制备方法[P]. 山东省: CN115636937B, 2024-01-26.

[2]黄振宏,王大可,黄宇斌. 一种含酰胺结构的有机硅树脂及其制备方法和应用[P]. 广东省: CN112851949B, 2024-01-26.

[3]李信成,孙东明,康娟等. 一种耐寒耐磨有机硅树脂及其制备方法和应用[P]. 广东省: CN116144028B, 2024-01-23.

[4]林建伟,张付特,孙海龙. 一种有机硅树脂的制备方法及应用[P]. 江苏省: CN117384382A, 2024-01-12.