本发明涉及一种耐高温辐射的聚硅氧烷及其制备方法,属于高分子材料技术领域。
背景技术:
随着现代化机械设备发展,硅橡胶因其具有良好的弹性、电绝缘性、耐溶剂性、导热性和耐高低温等特点,在很多场合中都得到了广泛应用。现如今在某些特殊场合中需要硅橡胶能够耐高温和耐辐射,而硅橡胶普遍的适用温度在200-300℃之间,因此对硅橡胶的耐热提出了更高的要求。
聚硼硅氧烷具有良好的物理化学性能。由聚硼硅氧烷制备的硅橡胶,由于硼氧键的引入,其耐热性能大幅度提高;而在聚硼硅氧烷的基础上进一步引入苯基,从而进一步提高其耐热性能,又扩大其使用范围且在一定程度上大大的提高了其耐辐射性能,从而可应用于建筑、汽车、飞机材料、模具和特种材料等行业。
现有技术中,如中国专利CN201310612071.2公开了一种耐高温绝缘硅橡胶的制备方法,该方法制备的硅橡胶耐热温度达到300-360℃,不能满足特殊条件下对硅橡胶耐热要求;另一篇中国专利CN201310038225.1公开了一种加成型耐热硅橡胶的制备方法,该方法制备的硅橡胶耐热温度达到460℃,不能满足特殊条件下硅橡胶的耐热要求。
技术实现要素:
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种耐高温辐射的聚硅氧烷,具有优良的耐高温、耐辐射性能,有效满足特殊条件下硅橡胶的耐热要求。本发明还提供了一种耐高温辐射聚硅氧烷的制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用的一种耐高温辐射的聚硅氧烷,将聚硼硅氧烷低聚物、主链含苯环结构的聚硅氧烷低聚物和聚硅氧烷低聚物缩合制得主链含苯环结构的聚硼硅氧烷,其具有式Ⅰ所示结构式:
其中,R1为苯基或联苯基;
R2为羟基或芳基;
(w+y+v):x:z=0.1:0.2-0.5:1-1.5。
另外,本发明还提供了一种所述的耐高温辐射聚硅氧烷的制备方法,具体包括以下步骤:
1)聚硼硅氧烷低聚物制备:称取1mol份的含硼单体,加入0.3-0.6mol份溶剂A进行溶解,往含硼单体的溶液中缓慢滴加1-2mol份含硅单体,加入0.1-0.2mol份催化剂,通氮气,在氮气气氛下,100-110℃反应1-6h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6-7,去除无机物,减压去除溶剂,得到聚硼硅氧烷低聚物;
2)主链含苯环的聚硅氧烷低聚物制备:称取1mol份的含苯基单体,加入0.5-1mol份溶剂B进行溶解,往含苯基单体的溶液中缓慢滴加1-1.5mol份的含硅单体,加入0.1-0.3mol份催化剂,通氮气,在氮气气氛,80-120℃反应8-10h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6-7,去除无机物,减压去除溶剂,得到主链含苯环的聚硅氧烷低聚物;
3)聚硅氧烷低聚物的制备:取1mol份的含硅单体,加入0.2mol份的水,在50℃反应2h,去除水相,得到聚硅氧烷低聚物;
1)耐高温辐射聚硅氧烷的制备:按重量份计,将0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物、2-10重量份步骤2)制得的主链含苯环的聚硅氧烷低聚物和15-30重量份步骤1)制得的聚硼硅氧烷低聚物,溶解在溶剂C中,加入0.1-0.8重量份催化剂,通氮气,在氮气气氛中,10-80℃反应6-8h,再加入0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物,在氮气气氛,10-80℃反应1-2h,加入K2CO3调节pH值至6-7,去除无机物,再加入0.005-0.01重量份四甲基二乙烯基二硅氧烷作为封端剂,反应1-6h,反应结束后,减压去除溶剂,得到耐辐射耐高温聚硅氧烷。
作为改进,所述步骤1)中含硼单体为硼酸、硼酸酯、芳基硼酸、芳基硼酸酯中的一种或多种的混合物。
作为改进,所述步骤1)的溶剂A为乙醚、二乙二醇二甲醚、三甘醇二甲醚或丁醚中的一种。
作为改进,所述步骤1)、步骤2)和步骤3)中含硅单体为二甲基二氯硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的一种或多种的混合物。
作为改进,所述步骤1)、步骤2)和步骤1)中采用的催化剂为硫酸或盐酸。
作为改进,所述步骤2)中含苯基单体为对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚或1,1′-联苯二酚中的一种或多种的混合物。
作为改进,所述步骤2)中采用的溶剂B为水、戊醚或丁醚中的一种或多种的混合物。
作为改进,所述步骤1)中采用的溶剂C为1,1-二氧六环、氯仿或丙酮中的一种或多种的混合物。
与现有技术相比,本发明制备的主链含苯环结构的聚硅氧烷因主链上的苯环结构,提高了主链的刚性从而使其耐热达到520℃以上。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过实施例,对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同,本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
实施例一
一种耐高温辐射聚硅氧烷的制备方法,具体包括以下步骤:
1)聚硼硅氧烷低聚物制备:称取1mol的硼酸,加入0.5mol二乙二醇二甲醚进行溶解,溶解后加入250mL的四口烧瓶中,滴加1.8mol二甲基二甲氧基硅烷,再加入0.1mol硫酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛下升温至120℃,开机械搅拌,反应5h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,减压去除溶剂,得到聚硼硅氧烷低聚物;
2)主链含苯环的聚硅氧烷低聚物制备:称取1mol的对苯二酚,加入0.9mol丁醚进行溶解,溶解后加入250mL的四口烧瓶中,滴加1.1mol二甲基二甲氧基硅烷,加入0.15mol硫酸做催化剂,通氮气,氮气气氛下在100℃反应8h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,减压去除溶剂,得到主链含苯环的聚硅氧烷低聚物;
3)聚硅氧烷低聚物的制备:量取1mol份的二甲基二乙氧基硅烷,加入0.2mol份的水,在50℃反应2h,去除水相,得到聚硅氧烷低聚物;
1)耐高温辐射聚硅氧烷的制备:按重量份计,将0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物、8重量份步骤2)制得的主链含苯环的聚硅氧烷低聚物和30重量份步骤1)制得的聚硼硅氧烷低聚物,混合溶解在1,1-二氧六环中,加入0.1重量份硫酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛60℃反应8h,再加入0.5重量份的步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物,在氮气气氛60℃反应1h,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,再加入0.01重量份四甲基二乙烯基二硅氧烷作为封端剂,反应1h,反应结束后,减压去除溶剂,得到主链含苯环结构的聚硼硅氧烷。
该聚硼硅氧烷耐热达到535℃,其具有式Ⅰ所示结构式:
其中,R1为苯基或联苯基;
R2为羟基或芳基;
(w+y+v):x:z=0.1:0.2-0.5:1-1.5。
实施例二
一种耐高温辐射聚硅氧烷的制备方法,具体包括以下步骤:
1)聚硼硅氧烷低聚物制备:称取1mol的苯硼酸,加入0.6mol二乙二醇二甲醚进行溶解,溶解后加入250mL的四口烧瓶中,滴加1.2mol二甲基二氯硅烷,再加入0.2mol盐酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛下升温至120℃,开机械搅拌,反应5h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,减压去除溶剂,得到聚硼硅氧烷低聚物;
2)主链含苯环的聚硅氧烷低聚物制备:称取1mol的对苯二酚,加入0.8mol戊醚进行溶解,溶解后加入250mL的四口烧瓶中,滴加1.1mol二甲基二甲氧基硅烷,加入0.3mol盐酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛100℃反应8h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,减压去除溶剂,得到主链含苯环的聚硅氧烷低聚物;
3)聚硅氧烷低聚物的制备:量取1mol份的二甲基二氯硅烷,加入0.2mol份的水,在50℃反应2h,去除水相,得到聚硅氧烷低聚物;
1)耐高温辐射聚硅氧烷的制备:按重量份计,将0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物、8重量份步骤2)制得的主链含苯环的聚硅氧烷低聚物和20重量份步骤1)制得的聚硼硅氧烷低聚物,混合溶解在1,1-二氧六环中,加入0.8重量份盐酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛60℃反应8h,再加入0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物,在氮气气氛下60℃反应1h,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,再加入0.01重量份四甲基二乙烯基二硅氧烷作为封端剂,反应1h。反应结束后,减压去除溶剂,得到主链含苯环结构的聚硼硅氧烷。
该聚硼硅氧烷耐热达到510℃。其具有式Ⅰ所示结构式:
其中,R1为苯基或联苯基;
R2为羟基或芳基;
(w+y+v):x:z=0.1:0.2-0.5:1-1.5。
实施例三
一种耐高温辐射聚硅氧烷的制备方法,具体包括以下步骤:
1)聚硼硅氧烷低聚物制备:称取1mol的苯硼酸,加入0.6mol二乙二醇二甲醚进行溶解,溶解后加入250mL的四口烧瓶中,滴加1.2mol二甲基二甲氧基硅烷,再加入0.1mol硫酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛下升温至120℃,开机械搅拌,反应5h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,减压去除溶剂,得到聚硼硅氧烷低聚物;
2)主链含苯环的聚硅氧烷低聚物制备:称取1mol的1,1″-联苯二酚,加入0.9mol溶剂戊醚进行溶解,溶解后加入250mL的四口烧瓶中,滴加1.3mol二甲基二甲氧基硅烷,加入0.2mol硫酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛,在120℃反应9h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,减压去除溶剂,得到聚硅氧烷低聚物;
3)聚硅氧烷低聚物的制备:量取1mol份的二甲基二甲氧基硅烷,加入0.2mol份的水,在50℃反应2h,去除水相,得到聚硅氧烷低聚物;
1)耐高温辐射聚硅氧烷的制备:按重量份计,将0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物、1重量份步骤2)制得的主链含苯环的聚硅氧烷低聚物和15重量份步骤1)制得的聚硼硅氧烷低聚物,混合溶解在1,1-二氧六环中,加入0.1重量份硫酸做催化剂,通氮气,在氮气气氛,在80℃反应7h,再加入0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物,在氮气气氛,60℃反应2h,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,再加入0.007重量份四甲基二乙烯基二硅氧烷作为封端剂,反应1h,反应结束后,减压去除溶剂,得到主链含苯环结构的聚硼硅氧烷。
该聚硼硅氧烷耐热达到527℃。其具有式Ⅰ所示结构式:
其中,R1为苯基或联苯基;
R2为羟基或芳基;
(w+y+v):x:z=0.1:0.2-0.5:1-1.5。
实施例四
一种耐高温辐射聚硅氧烷的制备方法,具体包括以下步骤:
1)聚硼硅氧烷低聚物制备:称取1mol份的硼酸和硼酸酯的混合物(按1:1混合),加入0.3mol份乙醚进行溶解,往含硼单体的溶液中缓慢滴加1mol份二甲基二甲氧基硅烷,加入0.1mol份盐酸,通氮气,在氮气气氛下,100℃反应6h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6,去除无机物,减压去除溶剂,得到聚硼硅氧烷低聚物;
2)主链含苯环的聚硅氧烷低聚物制备:称取1mol份的对苯二酚和1,1′-联苯二酚的混合物(按1:2混合),加入0.5mol份水进行溶解,往含苯基单体的溶液中缓慢滴加1mol份的二甲基二氯硅烷,加入0.1mol份盐酸,通氮气,在氮气气氛,80℃反应10h,反应结束后,加入K2CO3调节pH值至6,去除无机物,减压去除溶剂,得到主链含苯环的聚硅氧烷低聚物;
3)聚硅氧烷低聚物的制备:取1mol份的二甲基二氯硅烷,加入0.2mol份的水,在50℃反应2h,去除水相,得到聚硅氧烷低聚物;
1)耐高温辐射聚硅氧烷的制备:按重量份计,将0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物、2重量份步骤2)制得的主链含苯环的聚硅氧烷低聚物和15重量份步骤1)制得的聚硼硅氧烷低聚物,溶解在1,1-二氧六环中,加入0.1重量份硫酸,通氮气,在氮气气氛中,10℃反应6h,再加入0.5重量份步骤3)制得的聚硅氧烷低聚物,在氮气气氛,10℃反应2h,加入K2CO3调节pH值至6.5,去除无机物,再加入0.005重量份四甲基二乙烯基二硅氧烷作为封端剂,反应1h,反应结束后,减压去除溶剂,得到耐辐射耐高温聚硅氧烷。
该聚硼硅氧烷耐热达到520℃。其具有式Ⅰ所示结构式:
其中,R1为苯基或联苯基;
R2为羟基或芳基;
(w+y+v):x:z=0.1:0.2-0.5:1-1.5。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。