高折射率有机硅树脂体系设计、制备及性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iamc66m
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有机硅材料因其优异性能(包括耐高低温性、耐候性疏水性和电器绝缘性)而被广泛的应用在航天航空、建筑和电子电器电子等领域。近年来,随着新兴产业发展和电子行业封装技术的进步,对有机硅封装材料的性能提出了新的要求,其中提高折射率就是其中一个重要的方面,本论文立足于不同结构高折射率硅树脂制备,研究不同分子结构对硅氢反应影响,同时引入一些新的固化方式(如巯基-双键点击反应,UV/热双固化反应),一方面扩展传统硅树脂固化方式,另一方面可以改善有机硅材料性能缺陷。本文具体工作如下:  1.采用水解缩合的方法制备三种不同分子结构的硅树脂,用红外光谱、核磁共振等对其结构进行表征。研究了硅树脂中不同侧基基团对折射率和粘流活化能影响,侧基甲基被苯基取代,可以使得折射率从1.41增加到1.55,粘流活化能从32增加到78kJmol-1。采用非等温DSC分析手段,研究了不同分子结构乙烯基聚硅氧烷对硅氢反应活性影响。同时结合Kissinger、FWO、和Arrhenius方程,计算出不同体系的反应活化能、频率因子和反应速率常数。结果表明,硅氢反应过程中,反应物活性受到空间位阻、吸推电子效应和共轭效应共同影响。采用DMA、TMA、XRD和TG等手段研究结构对固化物性能影响,随着硅树脂中侧基体积增大,固化物的玻璃化温度增加,交联密度和热膨胀系数降低,分子链间距离增加,耐热性提高。  2.采用非等温DSC和实时红外相结合方法,研究不同交联剂结构对硅氢加成反应活性影响。结合了Vyazovkin和Arrhenius方程,计算出非等温条件下活化能与转化率间关系;采用朗伯比尔定律,计算出等温条件下Si-H基团转化率随时间变化关系。实验数据表明支化端氢TPHS(Ea=62 kJ mol-1,α=0.8)比线性侧氢LPHS(Ea=78kJ mol-1,α=0.6)具有更低反应活化能、更高转化率。采用DMA、TMA、XRD、TG、UV-vis和阻抗分析仪等手段对固化物性能进行研究。结果表明: TPHS固化体系具有更好透光率,低介电常数和稳定介电损耗,更高的玻璃化转变温度和交联密度,但TPHS的耐热性不如LPHS体系。  3.采用非水解溶胶凝胶法制备一系列高折射率透明钛杂化硅树脂,用红外、核磁、拉曼光谱、MALDI-TOF、小角X射线散射(SAXS)等手段对其缩合反应、分子结构、分子量和分子尺寸表征。钛元素以Si-O-Ti化学键形式引入到有机硅主链中,不同钛含量的固化物在可见光区域显示较高透光率(>85%)。随着钛酸酯(TPT)含量增加,杂化树脂的折射率呈线性变化(由1.57变化到1.62),杂化树脂的分子量和分子尺寸也得到提高,硅树脂的缩合度由91%增加到96%;固化物表面接触角降低(从101°降到96°),表面粗糙度变化不明显,介电常数出现明显增加(~3.9/1MHz),玻璃化温度也得到提高(从42.5℃到54℃),耐热性先降低后增加。  4.采用实时红外跟踪手段,研究不同类型双键结构硅树脂对巯基/双键反应活性影响。以朗伯比尔定律为基础,计算出不同固化体系中巯基转化率与UV辐射时间关系。结果表明硅树脂中双键上电子云密度增加,可以提高反应活性和固化物中凝胶含量。采用UV-vis、DMA、XRD和TGA等手段对不同硅树脂固化物性能进行研究,结果表明:所有固化物在可见光区域无色透明,透光率均大于80%,并且具有较大介电常数(>4);P4/L1固化物具有较大的玻璃化温度、交联密度和热膨胀系数、较短分子链间距离,但P2/L1体系耐热性较好。  5.制备以一种分子结构上带有环氧基和乙烯基硅树脂,并对其结构进行表征。该树脂在光潜碱引发剂作用下经历巯基/双键UV预固化反应和光潜碱分解得到叔胺促进环氧基与酸酐间后固化反应。采用红外跟踪、DMA、TG等手段,考察了UV交联剂结构对巯基转化率和性能影响。P6/L1体系在转化率、凝胶含量、交联密度和耐热性均高于P6/L2体系,而在玻璃化温度、分子链间距离和透光率等方面差异比较小,而P6/L2体系在介电性能和力学性能方面优于P6/L1。通过环氧与酸酐间后固化反应,使得固化物性能得到改善,固化物凝胶含量由85%增加到95%,玻璃化温度由-17℃增加到75℃,交联密度大约是UV预固化物10倍,拉伸强度由0.3 MPa提高到20 MPa左右,但是经过固化处理后,固化物的透光率和热分解温度降低,同时也极大破坏内部长程有序性。
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