[发明专利]一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用，涉及高分子材料合成技术领域。本发明技术方案以聚硅氧烷主链，在聚硅氧烷分子链上引入烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯、9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物制备得到有机硅改性增韧剂。采用本发明制备的有机硅改性环氧树脂时，不仅可以提高环氧树脂的阻燃性能，并且由于Si‑O‑C被引入环氧树脂结构体系中，可降低环氧树脂的交联密度和内应力，进而提高其断裂韧性。

技术领域

本发明涉及高分子材料合成技术领域，特别涉及一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用。

背景技术

环氧树脂因其具有良好的粘接附着性、耐高温低温性、绝缘性、耐磨性、化学稳定性、成本低和易加工等优点，已在许多领域得到了广泛应用。随着科学技术的进步，对环氧树脂的应用性能提出了更为苛刻的要求，如电子电器、航空航天等领域要求环氧树脂材料必须具有可靠的阻燃性。而环氧树脂的氧指数仅为19％，严重制约了环氧树脂在许多特殊场合的应用。目前，最常见的环氧树脂阻燃改性方法是在环氧树脂中通过物理方法混合加入添加型阻燃剂，但通常会导致材料的机械性能大幅下降，且一些阻燃元素可能发生迁移，从而降低材料的阻燃稳定性。并且，添加型阻燃剂中很大一部分是卤素阻燃剂，对人体和环境具有很大的危害。

除此之外，环氧树脂因结构中环氧基的存在，还导致其固化后交联密度高、内应力大、脆性大、抗冲击性差。因此，对环氧树脂进行改性以克服上述问题具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种有机硅改性增韧剂、及其制备方法和应用，旨在解决目前环氧树脂阻燃性能差、力学性能较低的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种有机硅改性增韧剂，所述有机硅改性增韧剂的结构式如式(I)所示：

其中，R包括烷基、苯基中的至少一种；

n1、n2为0-999的任意自然数。

本发明技术方案中，有机硅改性增韧剂的分子主链为聚硅氧烷，在聚硅氧烷分子链上引入烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，一方面，可以赋予有机硅良好的阻燃性能，具体的，燃烧时，有机硅改性增韧剂分子中的磷原子会与硅形成协同效应，在燃烧的煤焦中形成Si-O及P-O的化合物分子，从而促进基质形成更稳定、更紧密的炭层，增强焦炭在分解过程中的阻燃性；另一方面，有机硅材料因具有Si-O-Si链段，因此具有良好的柔韧性和热稳定性，同时采用有机硅改性环氧树脂时，Si-O-C被引入环氧树脂结构体系，可降低其交联密度和内应力，进而提高其断裂韧性和热稳定性。

将本发明的有机硅改性增韧剂与环氧树脂混合可得到阻燃型环氧树脂，制备的阻燃型环氧树脂在特定的添加量范围可表现出优异的阻燃性能，其阻燃等级可达到V-0，与此同时，制备的阻燃型环氧树脂还表现出良好的力学性能。

第二方面，本发明还提出一种有机硅改性增韧剂的制备方法，包括以下步骤：以含氢聚硅氧烷为初始反应原料，依次经硅氢加成反应、开环加成反应得到所述有机硅改性增韧剂。

本发明有机硅改性增韧剂的合成路径如下：

其中，所述硅氢加成反应包括以下步骤：以含氢聚硅氧烷、烯丙基二环氧丙基三聚异氰酸酯为反应物，甲苯为反应溶剂，在卡式铂催化剂的催化下发生硅氢加成反应生成中间产物A。

所述开环加成反应包括以下步骤：以中间产物A、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物为反应物，N,N-二甲基乙酰胺为反应溶剂，在加热条件下所述中间产物A的环氧基团发生开环，与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物加成得到所述有机硅改性增韧剂。