材料技术发展趋势当前,世界有机硅材料技术发展的方向是高性能、多功能和复合化。通过配合技术的进步和添加新的添加剂,以及改变交联方式、共聚、共混等改性技术实现有机聚合物与有机硅材料复合,是当前有机硅技术发展的重要方向。科技工作者们根据需要通过下列几种途径设计出各种不同分子结构的有机硅产品,满足不同场合特别是高科技发展的需要。近几年来,尽管有机硅产品越来越多,然而归结起来,新型有机硅材料应用开发所采用的新技术主要有3个方面。
交联方式有机硅和室温硫化硅橡胶其传统方式是利用硅醇基和烷氧基的缩合反应,而利用乙烯基和氢的加成反应的开发带来了很大的技术进步。加成反应可控制固化速度,且无副产物生成,所以提高了制品的电性能和耐热性等物性。如日本东丽有机硅公司由含Si—H键的有机硅氧烷与乙烯基有机硅氧烷制得聚硅氧烷;美国GE公司采用新型零价镍配合物催化剂研制的加成型硅橡胶:美国3M公司研制的Si—H键化合物与烯键化合物的加成制品。这些新产品的某些物理性能得到了明显提高。在缩合反应方面,也开发出用于单组分室温硫化硅橡胶的各种交联剂。在原有醋酸型、酮肟型和醇型交联剂的基础上,开发了能使硅橡胶模量低、伸长大的氨氧型和酰胺型交联剂;进而又开发了毒性小、固化快、在高温下不分解的丙酮型交联剂。例如日本公布的TSE39X系列产品就是改进后得到的一种无腐蚀快干密封剂。近年来,以硅氢加成交联发展起来的液体硅橡胶特别引起人们重视。它是由分子量大小不等,从数千至一二十万的乙烯基生胶和含Si—H百分之十几(摩尔分数)的硅氢油以及催化剂及填料所组成。这种混料的黏度较小,生胶有一部分为乙烯基封端,硅氢油也有Si—H封头。在末端的SiVi和SiH活性比较大,反应快,因此在交联时还有链增长反应,使分子量又有提高,强度加大,所要填料须反复处理,充分除去表面羟基。根据成品要求,黏度可控制在100~300Pa·s,送入泵式螺杆机,注射压力在10~200kgf/cm2,胶料通过螺杆混合加热硫化成型挤出,螺杆受热反应很快,有单组分和双组分,目前用得最多的是双组分。液体硅橡胶拉伸强度可达8~9MPa,伸长率500%~600%,撕裂强度30~40kgf/cm2,它生产效率高,每台机器一年可生产一百万个部件,对小零件的制作可降低1/4成本,所以液体硅橡胶近几年发展很快。以快速固化、节约能源为目的,国外正在加速研究通过电子束(EB)和紫外线(UV)固化的交联方式。电子束交联不会带来任何杂质,并可在室温下进行深层次的反应。国外用电子束交联方式已制备性能较佳的高强度硅橡胶,其拉伸强度为10MPa,伸长率500%,撕裂强度25kN/m,最高达43kN/m。但电子束需要电子加速器等大型设备,非一般单位有能力购置。近年来活跃起来的是光交联,光交联以紫外光为能源,设备简单,操作费用低,每摩尔光子(365nm)只需10多美分,就可以获得面积0.5m2、厚100μm的高分子交联。更有意义的是光交联速度快,在室温下可以让带状、线状样品迅速固化,如光缆和胶带纸等,它还可以定域反应,使在掩膜下1μm宽的线带固化。可用于复印和半导体电路的光刻,是非常有前景的交联方法。聚硅氧烷的光交联,一种是在它的分子中引入光敏基团,借这些光敏基团的互助结合而形成交联。另一种是本身没有光敏基团,只有乙烯基之类的官能团,借光敏引发剂如Benzoin之类,它见光分解生成自由基,引起交联。