-redemption
有机硅的应用与研究进展
< br>享有“工业味精”、“科技发展催化剂”等美誉的有机硅是一种人工合成、
结构上
以硅原子和氧原子为主链的高聚物。
由于构成主链的硅氧键具有较高的键
能
,
因此有机硅高聚物对热、氧的稳定性比一般的有机
高聚物高得多。尽管有机
硅在室温下的力学性能与其它材料差异不大
,
但其在高低温下表现出卓越的物
理、力学性能
,
在
-60
～
250
℃之间多次交变
,
其性能不受影响
,
有的甚至能在
-10
0
℃下正常使用；具有耐高低温、电气绝缘、耐臭氧、耐辐射、难燃、憎水、
耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等。如今
,
有机硅
已广泛用于电子电气、建筑、
纺织、轻工、医疗等各行业
,
并在汽车行业有着广泛的应用
[1]
。
有机硅产业链的上游是有机硅单体，具有生产流程长、技术难度大
的特点，
属技术密集型、
资本密集型产业，
其生产水平和装置规模是衡量一个国家有机硅
产业技术水平的重要依据；
有机硅产业链的下游是以有机硅单体为原料生产的硅
油、硅橡胶、硅树脂、
硅烷偶联剂等产品
[2]
。
有机硅不仅可以作为母体材料运用到生产生活中，
还更常用作改性剂添加
到
主体材料中，从而改善主体材料的性能，如耐高温性，防水防污性，抑菌性，阻
燃性，柔性等方面。同时，在添加有机硅的同时，还要改进生产工艺方法及注意
添加用量，以确保其发挥出最大作用。
在耐高温的研
究应用方面，
有机硅耐高温涂料一般由纯有机硅树脂或经过改
性
后的有机硅树脂为基料配以无机耐高温的填料、
溶剂和助剂组成。
国外已有大
量的研究成果，尤以美国、日本的发展为佳
[3]
。
某些设备如汽车的排气管、
石化工厂中的高温反应釜、
火电厂锅炉等经常处
于高温和腐蚀介质中
,
两者协同作用加速了设备的腐蚀穿孔<
/p>
,
增加了设备维修费
用
< br>,
并给安全生产带来很大隐患
[4]
。
刘宏宇等人以硅树脂为耐高温涂料的成膜物
,
研制了一种可常温固化的耐高温防腐蚀涂料。该涂料具有良好的耐高温性
,
防腐
蚀性及机械性能
,
可在
500
℃高温下长期使用。同时发现漆膜厚度对涂
料的耐热
性能影响较小
,
但对加热后涂
层的机械性能及防腐性能影响很大。
综合考虑
,
将漆
膜厚度控制在
40
～
50
μ
ｍ为宜
[5
]
。
在防水防污方面，低表面能防污
涂料主要包括含氟聚合物和有机硅类两种
,
由于氟聚合物价格更
高
,
许多技术问题有待突破
,
也尚未在实际中使用过
,
目前海
洋船舶污损防护的研究主要集中在有机硅低表面能防污涂料研制上。
而低表面能
防污涂料是借低摩擦、超平滑表面来防止污损生物固定地附着的一种技术
,
这种
技术的设想几乎与自抛光共聚物同时出现
,
然而后者显得更为有效且价廉
,
因此
低表面能防污涂料的发展几乎停滞了近
20<
/p>
年。但人们逐渐认识到有机锡对海洋
环境的污染
< br>,
环境法规不断严厉并开始限制使用有机锡类防污涂料
,
使研究人员
将目光转向其他低毒或无毒非有机锡类防污涂料
,
其中低表面能防污涂料是未来
海洋环保涂
料的发展方向
,
因此
20
世纪
90
年代又开始加快了低表面能防污涂料
的开发研究
,
近年来更是成为国内外防污涂料
的研究热点
[6-12]
。
而简称为有
机硅的
有机聚硅氧烷
,
根据其摩尔质量
和结构的不同
,
可分为硅油、硅树脂和硅橡胶等。
有机硅低表面能防污涂料就是用上述成膜物为基料
,
加入颜填料、溶剂、助剂
,
辅以合适的固化剂和催化剂配制而成
。
通过采用溶胶
-
凝胶法制备有机
-
无机杂化
材料的技术将聚硅氧烷树脂与其
他有机树脂接枝共聚
,
由于这种涂料具有超疏水
性
,
因而防止了生物在涂料表面的附着。
有机硅材料具有很低的表面张力
,
能降低基材的表面能
,
使其具有出色的憎
水性；同时
,
又不封闭基材的透气微孔
,
具有透气呼吸功能
,
其防
水层的寿命一般
可达
10
～
15
年。因而
,
有机硅材
料作为理想的建筑防水材料
,
可广泛用作砖瓦、
墓碑、石刻、道路、桥梁、混凝土构件、陶瓷等建筑材料的防水剂。当有机硅材
料涂刷于建材制品表面时
,
可在其表面毛细孔内壁形成一层均匀
、致密的有机硅
膜。
在一定条件下
,<
/p>
建材表面的硅羟基与有机硅膜中的硅羟基发生缩合反应
,
形成
化学键
,
使有机硅
膜牢固地附着在建材制品表面。有机硅膜在建材制品表面呈定
向排列结构
,
有机硅膜的
Si
—
O
键紧靠建材制品表面
,
烷基则伸向外。
由于烷基是
憎水基团
,
所以这种定向排列的有机硅膜具有较强的憎水性。当建材制品表面涂
< br>刷有机硅材料后
,
建材制品表面与水滴的接触角可增大至
103
°；其次
,
因
Si-O
键的键能较高
,
有机硅憎水膜具有优异的耐候性
,
因此防水效
果持久
[13]
。
< br>有机硅整理剂作为最常用的织物后整理剂之一，经其整理的织物不但具有
柔、滑、
弹、挺的手感，还具有优异的悬垂性、抗皱性、亲水性、透气性等性能
[14-15]<
/p>
。通过对有机硅整理剂进行改性或复配，在保留原有整理效果的同时可获得
抗菌性能，
在这方面国内外学者进行了大量的研究工作
[16]
。
而有机硅作为织物后
整理剂
的作用机制，
即是作用于微生物细胞壁、
细胞膜，
以及破坏或抑制微生物
核酸和蛋白质的生物合成，从而达到抑菌效果。
有机硅阻燃剂是一种新型高效、低毒、防熔滴、环境友好的无卤阻燃
剂
,
也
是一种成炭型抑烟剂。有机硅阻
燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外
,
还能改善
基材的加工性能、
耐热性能等；
因此
< br>,
作为阻燃剂的后起之秀
,
从<
/p>
20
世纪
80
年
代
开始得到迅速发展
[17]
。
阻燃方法可以是直接将有机硅阻燃剂加入到高分子材料中
,
也可以是将一些带官能团
(
如端羟基、
氨基或环氧基
)
的聚硅氧烷链段嵌入到一些
聚合物中
[18]
。
例如
,
将带环氧基的聚硅氧烷与环氧树脂混合
< br>,
再加入二元胺固化剂
进行固化
,
所形成的树脂基体中硅的质量分数超过
9%,
从而赋予材料优异的阻燃
性和高的成炭率
[19-21
]
。有机硅阻燃剂揭开了阻燃技术发展中崭新的一页
,
尽管目
前价格较高
,
但
作为阻燃剂的新秀
,
其发展潜力和应用前景广阔。
部分有机硅阻燃
剂因价格、
工艺因素限制了其应用<
/p>
,
仍处于实验室阶段。
今后的研究重点是
:
寻找
性能优异、价格低廉、绿色环保
的硅基阻燃体系；针对不同的应用领域
,
对有机
硅化合物进行分子设计和合成
,
进行协同阻燃体系的优
化组合
,
以达到最佳的效
果；加强对阻
燃机理及阻燃后基材各方面性能变化原因的研究；简化合成工艺
,
降低生产成本
,
加快工业化、商品化的进程。
不仅如此，将有机硅单独加入或者与其它改性剂一同加入到树脂类母体中，<
/p>
如丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂及水性聚氨酯
(WPU)
，能大大增强其使用性
能，提高性价比。在改性环氧树脂方面，当有
机硅的含量控制在
40%
～
60%
时改
性酚醛环氧树脂涂料在高温下的附着力、柔韧性和耐冲击性能得
到了有效改善
,
耐腐蚀性能也明显提高
[22]
。
今后，对有机硅改性环氧
树脂的研究将从以下两个方面着手
:
一是在现有基
础上不断完善工艺条件
,
开发具有高性价比的产品<
/p>
,
在保证改性树脂性能的同时
降低生产成
本
,
以满足日益增长的市场需求
;
二是不断开发具有多功能、
复合型有
机硅添
加剂
,
提高树脂间的相容性
,
并通过化学改性充分发挥两种树脂的优良性
能
,
进一步提高共聚物的耐温性、粘接性、相容性和韧性等性能。这些将使有机
硅改性环氧树脂在更多领域特别是高科技、高性能需求中极具竞争力
,
并不断适
应新的要求。
利用聚有机硅氧烷的独特性质，将其引入丙烯酸酯乳液中
,
制备兼具二者优
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