一种含磷聚硅氧烷及其制备方法与改性环氧树脂的应用

本发明涉及环氧改性剂，尤其涉及一种含磷聚硅氧烷及其制备方法与改性环氧树脂的应用。

背景技术：

1、环氧热固性树脂作为一种典型的热固性树脂，具有良好的电气性能、粘结性能和力学性能等优点因而广泛应用于胶粘剂、复合材料、覆铜板、电子封装材料等领域。然而环氧树脂固化后交联密度大，成三维网状结构，致使材料内应力大，韧性低、耐冲击性差，此外其固有的可燃性限制了其实际应用，因此对环氧树脂进行增韧阻燃改性具有重要意义。

2、经对现有科技文献的检索发现，聚硅氧烷具有低温柔韧性、低表面能、耐热、耐候等优点，与环氧树脂具有互补性，此外带有反应性官能团(羟基、羧基、胺基、环氧基)的聚硅氧烷能够参与环氧树脂基体的固化，可以有效避免相分离现象。而有机磷化合物可以通过猝灭气相中的自由基，并通过分解产物催化基体树脂脱水形成残炭，从而有效地提升树脂阻燃性能。将聚硅氧烷和有机磷化合物结合起来，可以发挥聚硅氧烷的增韧作用以及磷硅阻燃元素的协同效应显著提升环氧树脂的性能。但一般有机磷化合物燃烧容易分解会导致树脂固化物的热稳定性能较差，因此发明一种具有刚性基团及反应性基团的含磷聚硅氧烷并将其用于增韧阻燃环氧体系具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种含磷聚硅氧烷及其制备方法与改性环氧树脂的应用。本发明含磷聚硅氧烷以硅氧键为主链结构，苯基、环氧基以及含磷基团为侧基结构，其中，硅氧烷链较为柔顺，可以为环氧树脂提供良好的韧性，苯环和含磷基团侧基可提高环氧树脂的耐热及阻燃性能，且环氧基团可参与树脂固化反应，从而对环氧树脂固化物起到既增韧又阻燃的作用。本发明的环氧树脂组合物在胶粘剂、复合材料、覆铜板、电子封装材料等领域具有良好的应用前景。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一个目的是提供一种含磷聚硅氧烷，所述含磷聚硅氧烷的结构如通式(1)所示：

4、

5、通式(1)中，x、y、z均为0～20范围内的整数，且x、z不同时为0；

6、r1表示为-ch3、-ch2ch3中的一种或多种；

7、r2表示为中的一种或多种。

8、r2不同时为含环氧基的取代基。

9、本发明的第一个目的是提供一种所述含磷聚硅氧烷的制备方法，包括如下步骤：

10、(1)将二苯基硅二醇、环氧硅烷和催化剂混合，在50～100℃下反应4～24h后，得到环氧基聚硅氧烷；

11、(2)在步骤(1)制备的环氧基聚硅氧烷中加入含磷单体和溶剂，在催化剂作用下，70～160℃反应6～24h，得到所述含磷聚硅氧烷。

12、在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述环氧硅烷为2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)甲基二甲氧基硅烷、4-(三甲氧基硅基)丁烷-1,2-环氧化物、4-(三乙氧基硅基)丁烷-1,2-环氧化物、三甲氧基-[3-(2-氧杂环丁基)丙基]硅烷、三乙氧基-[3-(2-氧杂环丁基)丙基]硅烷中的一种或多种。

13、在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述催化剂为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、氢氧化钡、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的一种或多种。

14、在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述二苯基硅二醇与环氧硅烷的摩尔比为1～2:1；所述催化剂用量为二苯基硅二醇和环氧硅烷总质量的1～10％。

15、在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，所述含磷单体为9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、亚磷酸二甲酯、亚磷酸二乙酯、亚磷酸二苯酯中的一种或多种；所述溶剂为甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环、乙二醇乙醚、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；所述催化剂为三苯基膦、n,n-二甲基苄胺、二丁基二锡的一种或多种。

16、在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，环氧基聚硅氧烷与含磷单体的质量比为1:0.05～0.8；所述溶剂用量为确保环氧基聚硅氧烷与含磷单体的浓度为0.2～0.8g/ml；所述催化剂用量为环氧基聚硅氧烷与含磷单体总质量的0.5～2％。

17、本发明的第三个目的是提供一种所述含磷聚硅氧烷的应用，作为改性剂用于改性环氧树脂，制备含有所述含磷聚硅氧烷的环氧树脂组合物；所述含磷聚硅氧烷占环氧树脂组合物的1～40wt％。

18、在本发明的一个实施例中，含有所述含磷聚硅氧烷的环氧组合物包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂和所述含磷聚硅氧烷；所述固化剂的用量为环氧树脂组合物的10～60wt％；所述固化促进剂的用量为环氧树脂组合物的0.1～2wt％。

19、在本发明的一个实施例中，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或多种；所述固化剂为有机酸酐类或有机胺类固化剂；所述固化促进剂为叔胺类、咪唑类、有机磷类化合物、乙酰丙酮金属盐中的一种或多种。

20、优选地，所述环氧树脂为环氧值为0.4～0.6的双酚a型环氧树脂。

21、优选地，所述固化剂为甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐、偏苯三甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基砜、间苯二胺中的一种或多种。

22、优选地，所述固化促进剂为三乙胺、n,n-二甲基苄胺、2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑、乙基三苯基醋酸膦、三苯基膦、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮锰中的一种或多种。

23、在本发明的一个实施例中，含有所述含磷聚硅氧烷的环氧组合物包括20～70wt％环氧树脂、20～60wt％固化剂、0.1～2wt％固化促进剂和1～40wt％所述含磷聚硅氧烷。

24、优选地，含有所述含磷聚硅氧烷的环氧组合物包括30～60wt％环氧树脂、30～50wt％固化剂、0.1～1wt％固化促进剂和1～30wt％所述含磷聚硅氧烷。

25、本发明有益的技术效果在于：

26、本发明的含磷聚硅氧烷制备方法简单，与环氧树脂体系具有良好的相容性和结合力，其硅氧烷链，可以提高环氧树脂的韧性，苯环和含磷基团侧基可提高环氧树脂的耐热及阻燃性能，且环氧基团可参与树脂固化反应，从而对环氧树脂固化物起到既增韧又阻燃的作用。本发明的环氧树脂组合物在胶粘剂、复合材料、覆铜板、电子封装材料等领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种含磷聚硅氧烷，其特征在于，所述含磷聚硅氧烷的结构如通式(1)所示：

2.一种权利要求1所述含磷聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧硅烷为2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)甲基二甲氧基硅烷、4-(三甲氧基硅基)丁烷-1,2-环氧化物、4-(三乙氧基硅基)丁烷-1,2-环氧化物、三甲氧基-[3-(2-氧杂环丁基)丙基]硅烷、三乙氧基-[3-(2-氧杂环丁基)丙基]硅烷中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述催化剂为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、氢氧化钡、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二苯基硅二醇与环氧硅烷的摩尔比为1～2:1；所述催化剂用量为二苯基硅二醇和环氧硅烷总质量的1～10％。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述含磷单体为9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、亚磷酸二甲酯、亚磷酸二乙酯、亚磷酸二苯酯中的一种或多种；所述溶剂为甲苯、二甲苯、1,4-二氧六环、乙二醇乙醚、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种；所述催化剂为三苯基膦、n,n-二甲基苄胺、二丁基二锡的一种或多种。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，环氧基聚硅氧烷与含磷单体的质量比为1:0.05～0.8；所述溶剂用量要确保环氧基聚硅氧烷与含磷单体的浓度为0.2～0.8g/ml；所述催化剂用量为环氧基聚硅氧烷与含磷单体总质量的0.5～2％。

8.一种权利要求1所述含磷聚硅氧烷的应用，其特征在于，作为改性剂用于改性环氧树脂，制备含有所述含磷聚硅氧烷的环氧树脂组合物；所述含磷聚硅氧烷占环氧树脂组合物的1～40wt％。

9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，含有所述含磷聚硅氧烷的环氧组合物包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂和所述含磷聚硅氧烷；所述固化剂的用量为环氧树脂组合物的10～60wt％；所述固化促进剂的用量为环氧树脂组合物的0.1～2wt％。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂、氢化双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或多种；所述固化剂为有机酸酐类或有机胺类固化剂；所述固化促进剂为叔胺类、咪唑类、有机磷类化合物、乙酰丙酮金属盐中的一种或多种。

技术总结
本发明公开了一种含磷聚硅氧烷，所述含磷聚硅氧烷的结构如通式(1)所示：所述含磷聚硅氧烷作为改性剂用于改性环氧树脂，制备含有所述含磷聚硅氧烷的环氧树脂组合物；所述含磷聚硅氧烷占环氧树脂组合物的1～40wt％。本发明含磷聚硅氧烷以硅氧键为主链结构，苯基、环氧基以及含磷基团为侧基结构，其中，硅氧烷链较为柔顺，可以为环氧树脂提供良好的韧性，苯环和含磷基团侧基可提高环氧树脂的耐热及阻燃性能，且环氧基团可参与树脂固化反应，从而对环氧树脂固化物起到既增韧又阻燃的作用。

技术研发人员：李小杰,章珂,朱叶,魏玮,刘敬成
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12