CN101626893B - 增强硅树脂膜 - Google Patents
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Abstract
增强硅树脂膜包括至少两个聚合物层的增强硅树脂膜,其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化产物,该硅树脂平均每个分子中含有至少两个与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子的硅树脂的硫化产物,且至少一个聚合物层含有碳纳米材料。
Description
交叉引用的相关申请
无
技术领域
本发明涉及增强硅树脂膜,或更具体来讲,涉及包括至少两个聚合物层的增强硅树脂膜,其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化产物,该硅树脂平均每个分子中含有至少两个与硅原子相连的烯基烯基或与硅相连的氢原子,且至少一个聚合物层含有碳纳米材料。
背景技术
硅树脂因其独特的综合性能如热稳定性、抗潮性、高柔韧性、高抗氧性、低电容率以及高透明度而用途广泛。例如,硅树脂广泛用于自动化、电子化、建筑、电器以及航空航天工业中的保护或介电涂层。
尽管硅树脂涂层可以用来保护、绝缘或连接电路基片,但由于抗撕裂强度低、脆性高、玻璃化转变温度低以及热膨胀系数高,硅树脂膜单独使用受到限制。因此,需要提高机械性能和热性能的独立的硅树脂模。
发明内容
本发明所述增强硅树脂膜主要由如下组成:
第一聚合物层;以及
在第一聚合物层上的第二聚合物层;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固固化产物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯烯基或与硅原子相连的氢原子,以及至少一个聚合物层包括碳纳米材料,如果两个聚合物层都包括硅树脂的固固化产物时,两个聚合物层都包括选自(i)碳纳米材料,(i i)纤维增强物以及(iii)包括(i)和(ii)的混合物的增强物。
本发明所述还包括:
第一聚合物层;
在第一聚合物层上的第二聚合物层;以及
至少一个在第二聚合物层上的附加聚合物层;至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯烯基或与硅原子相连的氢原子,以及至少一个聚合物层包括碳纳米材料。
本发明的增强硅树脂具有低的热膨胀系数,表现出高的抗热致撕裂性。
本发明的增强硅树脂可用于要求膜具有高热稳定性、柔韧性、机械强度以及透明度的情形。例如,硅树脂膜可用于柔性显示器的集成元件、太阳能电池、柔性电路板、触摸式屏幕、防火墙纸以及抗冲击窗户。该膜还适用于透明或不透明电极的基片。
附图说明
无
具体实施方式
这里所说的“不含不饱和脂肪族”的意思是烃基或卤代烃基不含有脂肪族碳-碳双键,或碳-碳三键。此外,所说的“mol%的硅树脂中的R2基团为烯基”的定义为硅树脂中与硅原子相连的烯基的摩尔数与树脂中R2基团的总摩尔数的比值,再乘以100。进一步来讲,所说的“mol%的有机氢聚硅氧烷树脂中的R4基团为有机硅氧烷”的定义为有机氢聚硅氧烷树脂中与硅原子相连的有机硅氧烷摩尔数与树脂中R4基团的总摩尔数的比值,再乘以100。更进一步来讲,所说的“mol%的硅树脂中的R5基团为氢原子”的定义为硅树脂中与硅原子相连的氢原子摩尔数与树脂中R5基团的总摩尔数的比值,再乘以100。
本发明的第一增强硅树脂膜主要由下列组成:
第一聚合物层;以及
在第一聚合物层上的第二聚合物层;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯烯基或与硅原子相连的氢原子,以及至少一个聚合物层包括碳纳米材料,如果两个聚合物层都包括硅树脂的固固化物时,两个聚合物层都包括选自(i)碳纳米材料,(ii)纤维增强物以及(iii)包括(i)和(ii)的增强物。
第一增强硅树脂膜的第一聚合物层通常厚度为0.01至1000μm,或5至500μm,又或10至100μm。
第一增强硅树脂膜的第一聚合物层可以包括热塑性聚合物或热固性聚合物。热塑性聚合物或热固性聚合物可以是均聚物或共聚物。此外,热塑性或热固性聚合物可以是硅聚合物或有机聚合物。如此处和下文中所用到的,“热塑性聚合物”是指在加热时转化为流体(可流动)状态,受冷时变成刚性(不流动)状态的聚合物。另外,“热固性聚合物”是指受热时不变成流体状态的固化聚合物(即交联)。
热塑性聚合物的例子包括(但不限于):热塑性硅聚合物,如聚(二苯基硅氧烷-共聚-苯甲基硅氧烷)以及热塑性有机聚合物如聚烯烃、聚砜、聚丙烯酸酯以及聚醚酰亚胺。
热固性聚合物的例子包括(但不限于)热固性硅聚合物,如固化固化硅弹性体、硅胶以及固固化硅树脂;以及热固性有机聚合物如固化环氧树脂、固化氨基树脂、固化双马来酰亚胺树脂、固化聚酯以及固化丙烯酸树脂。
除了热塑性或热固性聚合物,第一增强硅树脂膜的第一聚合物层还可以包括选自碳纳米材料、纤维增强物及其混合物的增强物。
第一增强硅树脂膜的第二聚合物层如第一聚合物层所述。增强硅树脂膜的第一和第二聚合物层至少在若干物理、化学性能方面存在差异,如厚度、聚合物成分、交联密度以及碳纳米材料的浓度或其他增强物等。
第一增强硅树脂膜的至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯烯基或与硅原子相连的氢原子。如这里用到的“至少一个硅树脂的固化物”是指至少一个硅树脂的交联产物,该产物包括三维网状结构。硅树脂、制备该树脂的方法,以及制备硅树脂固化物的方法在下述制备本发明的第一增强硅树脂膜的方法中有所描述。
第一增强硅树脂膜的至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子烯基。如这里用到的“至少一个硅树脂的固化物”是指至少一个硅树脂的交联产物,该产物包括三维网状结构。硅树脂、制备该树脂的方法,以及制备硅树脂固化物的方法在下述制备第一增强硅树脂膜的方法中有所描述。
第一增强硅树脂膜的至少一个聚合物层包括碳纳米材料。碳纳米材料可以是任何物理尺寸(例如,粒径、纤维直径、层厚度)小于约200nm的碳材料。碳纳米材料的例子包括(但不限于)三维尺寸小于约200nm碳纳米颗粒,例如量子级的颗粒、空球体以及富勒球;两维尺寸小于约200nm的纤维状碳纳米材料,如纳米管(例如单壁纳米管和多壁纳米管)以及纳米纤维(例如,轴向取向的、板状以及人字形或鱼刺形);以及具有一维尺寸小于约200nm的层状碳纳米材料,如碳纳米层(例如,片状石墨以及石墨片)。碳纳米材料可以是导电或半导电的。
碳纳米材料还可以是氧化的碳纳米材料,它可以通过使用氧化酸或与酸在高温下混合,将前述的碳纳米材料进行处理得到。例如,碳纳米材料可以通过材料与浓缩的硝酸或硫酸(1∶3 v/v,25mL/g碳)在40-150℃下加热1-3个小时得以氧化。
碳纳米材料可以是单一的碳纳米材料也可以是包括至少两种不同的碳纳米材料的混合物,各自如下文内容所示。
在第一和/或第二聚合物层中的碳纳米材料的浓度通常为聚合物层总重的0.0001至99%(w/w),或0.001至50%(w/w),或0.01至25%(w/w),或0.1至10%(w/w),或1至5%(w/w)。
制备碳纳米材料的方法在本领域中已为人所熟知。例如碳纳米颗粒(例 如富勒球)及纤维状碳纳米材料(例如,纳米管以及纳米纤维)可以通过至少以下一种方法制得:电弧放电、激光切割以及放学催化气相沉积等。在电弧放电法中,根据气体氛围不同,在两个石墨电极之间产生的电弧放电可以生成单壁纳米管、多壁纳米管以及富勒球。在激光切割法中,沉积有金属催化剂的石墨靶通过激光在管状炉中辐照生成单壁和多壁纳米管。在放学催化气相沉积法中,含碳气体或气体混合物引入含有金属催化剂、温度在500-1000℃(不同压力下)的管状炉中,生成碳纳米管和纳米纤维。碳纳米片可以通过石墨插层和分层得到。
当第一增强硅树脂膜的两个聚合物层都包括硅树脂的固化物时,则两个聚合物层都包括选自(i)碳纳米材料,(ii)纤维增强物以及(iii)包括(i)和(ii)的混合物的增强物。碳纳米材料描述如上。聚合物层均可以包括相同或不同的选自(i)、(ii)和(iii)的增强物。
只要增强物具有高模量和高抗张强度,则纤维增强物可以是任何包括纤维的增强物。纤维增强物通常在25℃时具有至少3GPa的杨氏模量。例如,增强物通常的杨氏模量为25℃时,3-1000GPa,或3-200GPa,或10-100GPa。此外,增强物通常在25℃时具有至少50MPa的抗张强度。例如,增强物通常的抗张强度为25℃时,50-10000MPa,或50-1000MPa,或50-500MPa。
纤维增强物可以是纤维织物,例如:布;无纺纤维,例如:毡或纱;或松散(独体)纤维。增强物中的纤维通常为圆柱形,直径有1-100μm,或1-20μm,或1-10μm。松散纤维既可以是连续的,即纤维大致不断裂地穿过增强硅树脂膜,也可以是断开的。
纤维增强物通常在使用前进行热处理,以去除有机杂质。例如,纤维增强物通常在空气中加热适宜的时间,如2小时,加热至575℃。
第一和/或第二聚合物层的纤维增强物的浓度通常为聚合物层总重的0.1-95%(w/w),或5-75%(w/w),或10-40%(w/w)。
当第一增强硅树脂膜的一个或两个聚合物层包括碳纳米材料和纤维增强物的混合物时,混合物的浓度通常为聚合物层总重的0.1-96%(w/w),或5-75%(w/w),或10-40%(w/w)。
第一聚合物层和第二聚合物层可以通过如下所述的制备第一增强硅树脂膜的方法制备。
第一增强硅树脂膜可以通过包括如下内容的方法制备:
在隔离膜上形成第一聚合物层;以及
在第一聚合物层上形成第二聚合物层;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子 相连的烯基和与硅原子相连的氢原子烯基,以及至少一个聚合物层包括碳纳米材料,如果两个聚合物层都包括硅树脂的固化物时,两个聚合物层都包括选自(i)碳纳米材料,(ii)纤维增强物以及(iii)包括(i)和(ii)的混合物的增强物。
在制备第一增强硅树脂膜的第一步骤中,如上所述,第一聚合物层是在隔离膜上形成的。
隔离膜可以是任何能使第一聚合物层从其表面去除而对表面没有损伤的刚性或柔性材料。例子包括(单不限于):硅、石英、熔凝石英、氧化铝、陶瓷、玻璃、金属箔片、聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯;碳氟聚合物如聚四氟乙烯和乙烯聚合氟化物;聚酰胺如尼龙;聚酰亚胺;聚酯如聚(甲基丙烯酸酯);环氧树脂;聚醚;聚碳酸酯;聚砜;以及聚酯砜。隔离膜还可以是表面经过脱模剂,如硅脱模剂,处理的上述材料。
第一聚合物层可以根据聚合物层的成分不同,通过多种方法制得。例如,当第一聚合物层包括热塑性聚合物时,该层可以通过(i)涂布带有液态热塑性聚合物合成物的隔离膜,以及(ii)将涂布的隔离膜上的聚合物转化成固态。
在步骤(i)中,形成第一聚合物层的方法中,上述隔离膜上涂布有包括液态热塑性聚合物的合成物。
包括有热塑性聚合物的合成物可以是任何包含有液态(即液体)热塑性聚合物的合成物。如这里提到的“液态的热塑性聚合物”是指处于熔融态的聚合物或溶解于有机溶剂中的聚合物。例如,合成物可以包括高于聚合物熔点(Tm)或玻璃化转变温度(Tg)处于熔融态的热塑性聚合物,还可以包括热塑性聚合物及有机溶剂。
上面提到的合成物的热塑性聚合物可以用来制作增强硅树脂膜。热塑性聚合物可以是单独一种热塑性聚合物也可以是包括两种或两种以上不同热塑性聚合物的混合物(即掺合)。例如,热塑性聚合物可以是聚烯烃混合物。
有机溶剂可以是任何质子溶剂、疏质子溶剂或与热塑性聚合物不发生反应且易与聚合物混合的偶极疏质子有机溶剂。有机溶剂的例子包括(但不限于):饱和的脂肪族烃,如正戊烷、己烷、正庚烷、异辛烷和十二烷;脂环族烃如环庚烷和环己烷;芳香烃如:苯、甲苯、二甲苯和三甲苯;环醚如四氢呋喃(THF)和二氧杂环乙烷;酮如甲基丁烯酮(MIBK);卤代烷烃如:三氯乙烯;卤代芳香烃如溴苯和氯苯;以及醇如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丁醇、1,1-二甲基-1-乙醇、戊醇、已醇、环己醇、庚醇和辛醇。
有机溶剂可以是上面提到的单独一种有机溶剂也可以是两种或两种以上有机溶剂的混合物。
包含有热塑性聚合物的合成物还可以进一步包括上面提到的碳纳米材料。
隔离膜上可以通过传统涂布方法涂布有包括热塑性聚合物的液态合成物,涂布方法有旋转涂布法、浸洗法、喷涂法、涂刷法、挤压法或丝网印刷法。合成物的量足够制备厚度为0.01-1000μm的第一聚合物层。
在步骤(ii)中,隔离膜的热塑性聚合物转化为固态。当用来涂布隔离膜的合成物包括有熔融态的热塑性聚合物时,聚合物冷却至固液转变温度(Tg或Tm),如室温以下,热塑性聚合物可以转化为固态。当用来涂布隔离膜的合成物包括热塑性聚合物和有机溶剂时,热塑性聚合物可以通过去除至少一部分溶剂的手段,转变为固态。有机溶剂可以通过向周围蒸发溶剂或升温至适当温度(如低于聚合物固液转变温度)加热涂层的方法得以去除。
制备包括热塑性聚合物的第一聚合物层的方法,还可以在步骤(i)和(ii)后进一步包括:在第一步骤中得到的经涂布的隔离膜上施加第二层隔离膜,形成叠层,并对该叠层进行压缩。该叠层可通过压缩去除过于的成分和/或保留在其中的空气,以减少涂层的厚度。可以对叠层采用传统设备,如不锈钢辊、液压、橡胶辊或层压组合辊。叠层通过在1000Pa至10MPa的压力、室温(约23±2℃)至200℃之间的温度范围内进行压缩。
制备包含有热塑性聚合物的第一聚合物层的方法,如果每个涂层都使用相同的成分,还可以进一步包括重复进行的步骤(i)和(ii),以增加聚合物层的厚度。
当第一聚合物层包括热固性聚合物(即交联)时,该层可以通过(i)用包含有热固性聚合物的固化成分对隔离膜进行涂布,(ii)将涂布的隔离膜上的热固性聚合物进行固化。
在制备第一聚合物层的方法之前紧接着的步骤(i)中,上述的隔离膜涂布有固化成分,该成分包括热固性聚合物。
包含有热固性聚合物的可固化合成物可是任何包含有热固性聚合物的可固化的合成物。如这里和下文中所提到的“热固性聚合物”是指具备经过固化(即交联)便永久变形成刚性(不可流动)性能的聚合物。可固化合成物通常包括热固性聚合物和添加成分,如有机溶剂、交联剂和/或催化剂。
包含有热固性聚合物的可固化合成物的例子包括(但不限于):可固化硅合成物,如氢化硅烷化-可固化硅合成物、浓缩-可固化硅合成物以及过氧化-可固化硅合成物;可固化聚烯烃合成物如聚乙烯和聚丙烯合成物;可固化聚酰胺合成物;可固化环氧树脂合成物;可固化氨基树脂合成物;可固化聚氨酯合成物;可固化聚酰亚胺合成物;可固化聚酯合成物以及可固化丙烯酸树脂合成物。
包括热固性聚合物的可固化合成物还可以是包含有硅树脂的浓缩-可固化硅合成物,且该硅树脂每个分子中包含至少两个与硅原子相连的烯基 或与硅原子相连的氢原子。
硅氢化-可固化硅树脂合成物可以是任何含有硅树脂的氢化硅烷化-可固化硅树脂合成物,其中硅树脂平均每分子中需含至少两个与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子。通常,硅氢化-可固化硅树脂合成物包括前述的硅树脂;足够量的可以固化硅树脂的有机硅化合物,其中有机硅化合物平均每分子中需含至少两个与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子,可以与硅树脂中与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子进行反应;以及起到催化作用量的硅氢化催化剂。
硅氢化-可固化硅树脂合成物的硅树脂通常为含有T单元、T和Q硅氧烷单元或T和/或Q硅氧烷单元与M和/或D硅氧烷单元结合的共聚物。此外,硅树脂可以是橡胶改性的硅树脂,硅氢化-可固化硅树脂合成物的第五和第六实施例对此进行了描述。
根据第一实施例,硅氢化-可固化硅树脂合成物包括(A)分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的硅树脂,其中R1是C1至C10的烃基或C1至C10的卤素取代的烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂平均每个分子中需含至少两个与硅原子相连的烯基;(B)平均每个分子中需含至少两个与硅原子相连的氢原子的有机硅合成物,且足够量固化硅树脂;以及(C)催化量的硅氢化催化剂。
成分(A)为分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的至少一种硅树脂,其中R1是C1至C10的烃基或C1至C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂平均每个分子中需含至少两个与硅原子相连的烯基。
R1代表的烃基和卤代烃基属不含不饱和脂肪族,通常具有1-10个碳原子,或1-6个碳原子。含有至少3个碳原子的丙烯酸烃基和卤代烃基可以是接枝或不接枝的结构。R1代表的烃基的例子包括(但不限于):烷基如甲基、乙基、丙基、1甲基乙基、丁基、1甲基丙基、2甲基丙基、1,1二甲基乙基、戊基、1甲基丁基、1乙基丙基、2甲基丁基、3甲基丁基、1,2二甲基丙基、2,2二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基;环烃基如环戊基、环辛基和甲基环辛基;芳基如苯基和萘基;烷芳基如甲苯基和二甲苯基;芳烷基如苄基和苯乙基;烯基如乙烯基、烯丙基和丙烯基;芳烯基如苯乙烯基和苯丙烯基;和炔基如乙炔基和丙炔基。R1所代表的卤代烷基的例子包括(但不限于):3,3,3-三氟丙烷基、3-氯代丙烷基、氯代苯基、二氯代苯基、2,2,2-三氟代乙基、2,2,3,3-四氟代丙基和2,2,3,3,4,4,5,5-辛氟代戊烷基。
相同或不同的R2代表的烯基,通常具有2-10个碳原子,或2-6个碳 原子,例如(但不限于):乙烯基、烯丙基、丁烯基、己烯基和辛烯基。
在硅树脂的分子式(I)中,下标w,x,y和z为摩尔份数。下标w通常为0-0.95,或0.02-0.75,或0.05-0.3;下标x通常为0-0.95,或0-0.7,或0-0.25;下标y通常为0-1,或0.25-0.8,或0.5-0.8;下标z通常为0-0.95,或0-0.7或0-0.15。并且y+z的和通常为0.05-1,或0.5-0.95,或0.65-0.9。此外,w+x的和通常为0-0.95,或0.05-0.5,或0.1-0.35。
通常,硅树脂中至少50mol%,或至少65mol%,或至少80mol%的R2为烯基。
硅树脂通常数均分子量(Mn)为500-50000,或500-10000,或1000-3000,其中分子量是利用小角激光光散射仪或折光检测仪,及硅树脂(MQ)标准采用凝胶渗透色谱法得到的。
25℃下,硅树脂的粘度通常为0.01-100000Pa.s,或0.1-10000Pa.s,或1-100Pa.s。
通过29Si的核磁共振波普法检测,硅树脂通常含有小于10%(w/w),或小于5%(w/w),或小于2%(w/w)的与硅原子相连的羟基。
硅树脂包含R2SiO3/2单元(即T单元),R2SiO3/2单元(即T单元)和SiO4/2单元(即Q单元)或R2SiO3/2单元(即T单元)和/或SiO4/2单元(即Q单元)与R1R2 2SiO1/2单元(即M单元)和/或R2 2SiO2/2单元(即D单元),其中R1和R2如上所述。例如,硅树脂可以是T树脂、TQ树脂、DT树脂、MT树脂、MDT树脂、MQ树脂、DQ树脂、MDQ树脂、MTQ树脂、DTQ树脂、或MDTQ树脂。
硅树脂的例子包括(但不限于)具有下列分子式的树脂:
(Vi2MeSiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(ViMe2SiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(ViMe2SiO1/2)0.25(MeSiO3/2)0.25(PhSiO3/2)0.50、(ViMe2SiO1/2)0.15(PhSiO3/2)0.75(SiO4/2)0.1、以及(Vi2MeSiO1/2)0.15(ViMe2SiO1/2)0.1(PhSiO3/2)0.75,
其中Me为甲基,Vi为乙烯基,Ph为苯基,括号外的下标数字表示摩尔份数。此外,在前面的分子式中,单元的顺序并未定死。
成分(A)可以是上面提到的单独一种硅树脂,或两种或两种以上不同硅树脂的混合物。
制备硅树脂的方法是本领域的公知技术;这些树脂很多都可以买到。硅树脂通常是在有机溶剂(如甲苯)中适当混合氯代硅前体共水解得到的。例如,主要由R1R2 2SiO1/2单元和R2SiO3/2单元组成的硅树脂可以通过与分子式为R1R2 2SiCl的化合物以及分子式为R2SiCl3的化合物在甲苯中共水解制得,其中R1和R2的定义与举例如上所述。分离盐酸水溶液和硅树脂水解产物时,用水冲洗水解产物,去除残留的酸,并在适当的浓缩催化剂存在条件下加热使树脂“塑型”得到所需要的粘度。如果需要,树脂还可以用浓缩催化剂在有机溶剂中进一步处理,减少与硅原子连接的羟基的含量。或者,可以在共水解反应中用作开始材料的含有可水解基团的硅烷除了氯代外,还有溴代、碘代、-OCH3、-OC(O)CH3、-N(CH3)2、NHCOCH3以及-SCH3等基团取 代。树脂产物的性能依赖于硅烷的类型、摩尔比、浓度以及操作条件。
成分(B)为至少一种有机硅化合物,它平均每个分子中有至少两个与硅原子相连的氢原子,且量足够固化成分(A)中的硅树脂。
有机硅化合物平均每个分子中至少有两个与硅原子相连的氢原子,或至少有三个与硅原子相连的氢原子。通常的理解是,每分子的成分(A)中烯基的平均数与每分子的成分(B)中与硅原子相连的氢原子的平均数大于4时,发生交联。
有机硅化合物可以是有机氢硅烷或有机氢硅氧烷。有机氢硅烷可以是单硅烷、双硅烷、三硅烷或多硅烷。与此类似,有机氢硅氧烷可以是二硅氧烷、三硅氧烷或多硅氧烷。有机硅化合物可以为线性、接枝、环状或树脂状的。环硅烷和环硅氧烷通常有3-12个硅原子,或3-10个硅原子,或3-4个硅原子。在丙烯酸多硅烷和多硅氧烷中,与硅原子相连的的氢原子可以是位于端部、侧链上或两者均有。
有机氢硅烷包括(但不限于):双酚硅烷,2-氯代乙基硅烷、双【(p-双甲基硅烷)苯】醚、1,4-二甲基二硅烷乙烷、1,3,5-三(二甲基硅烷)苯、1,3,5-三硅烷、聚(甲基亚硅烷)亚苯以及聚(甲基亚硅烷)亚甲基。
有机氢硅烷还可以具有分子式HR1 2Si-R3-SiR1 2H,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R3为无不饱和脂肪族的亚烃基基团,其分子式选自:
其中,g为1-6。R1表示的烃基和卤代烃基的定义和例子同成分(A)的硅树脂。
分子式为HR1 2Si-R3-SiR1 2H有机氢硅烷的例子,其中R1和R3为上文描述和例举的内容包括(但不限于):具有如下分子式的硅烷:
有机氢硅氧烷的例子包括(但不限于):1,1,3,3-四甲基二硅氧烷、1,1,3,3-四苯基二硅氧烷、苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷、1,3,5-三甲基环三硅氧烷、三甲基硅氧烷端基聚(甲基氢硅氧烷)、三甲基硅氧烷端基聚(二甲基硅氧烷基/甲基氢硅氧烷)、二甲基氢硅氧烷端基聚(甲基氢硅氧烷),以及主要由HMe2SiO1/2单元、Me3SiO1/2单元和SiO4/2单元组成的树脂,其中Me为甲基。
有机氢硅氧烷还可以为分子式为(R1R4 2SiO1/2)w(R4 2SiO2/2)x(R1SiO3/2)y(SiO4/2)z(II)的有机氢聚硅氧烷树脂,其中R1是C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,两者均为不含不饱和脂肪族,R4是R1或具有至少一个与硅原子相连的氢原子的有机硅烷基,w是0-0.8,x是0-0.6,y是0-0.99,z是0-0.35,w+x+y+z=1,y+z为0.2-0.99,w+x为0.01-0.8,前提是至少50mol%的R4基团为有机硅烷基。
R1代表的烃基或卤代烃基如同上文关于成分(A)的硅树脂的描述和例举。R4代表的有机硅烷基的例子包括(但不限于):包括如下分子式的基团:
-CH2CH2SiMe2H,
-CH2CH2SiMe2CnH2nSiMe2H,
-CH2CH2SiMe2CnH2nSiMePhH,
-CH2CH2SiMePhH,
-CH2CH2SiPh2H,
-CH2CH2SiMePhCnH2nSiPh2H,
-CH2CH2SiMePhCnH2nSiMe2H,
-CH2CH2SiMePhOSiMePhH,
-CH2CH2SiMePhOSiPh(OSiMePhH)2,
其中,Me为甲基,Ph为苯基,下标n的值为2-10。
有机氢聚硅氧烷树脂的分子式(II)中,下标w、x、y、z为摩尔份数。下标w通常的值为0-0.8,或0.02-0.75,或0.05-0.3;下标x通常的值为0-0.6,或0-0.45,或0-0.25;下标y通常的值为0-0.99,或0.25-0.8,或0.5-0.8;下标z通常的值为0-0.35,0-0.25,或0-0.15.此外,y+z的和通常为0.2-0.99,或0.5-0.95,或0.65-0.9。此外,w+x的值通常为0.01-0.80,或0.05-0.5,或0.1-0.35。
通常,有机氢聚硅氧烷中至少50mol%,或至少65mol%,或至少80mol%的R4基团为具有至少一个与硅原子相连的氢原子的有机硅烷基团。
有机氢聚硅氧烷树脂通常的数均分子量(Mn)为500-50000,或500-10000,或1000-3000,其中分子量是利用小角度激光散射检测仪或折光检测仪,及硅树脂(MQ)标准由凝胶渗透色谱法得到的。
如29Si核磁共振法所得到的,有机氢聚硅氧烷树脂通常包括小于10%(w/w),或小于5%(w/w),或小于2%(w/w)的与硅原子连接的羟基。
有机氢聚硅氧烷树脂包含R1SiO3/2单元(即T单元)和/或SiO4/2单元(即Q单元)与R1R4 2SiO1/2单元(即M单元)和/或R4 2SiO2/2单元(即D单元)相结合,其中R1和R4如上文所描述和例举。例如,有机氢聚硅氧烷树脂可以是DT树 脂、MT树脂、MDT树脂、DTQ树脂和MTQ树脂,以及MDTQ树脂、DQ树脂、MQ树脂、DTQ树脂、或MTQ树脂或MDQ树脂。
有机氢聚硅氧烷树脂包括(但不限于):具有下述分子式的树脂:
((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.12(PhSiO3/2)0.88、
((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.17(PhSiO3/2)0.83、
((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.17(MeSiO3/2)0.17(PhSiO3/2)0.66、
((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.15(PhSiO3/2)0.75(SiO4/2)0.10以及
((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)2MeSiO1/2)0.08((HMe2SiC6H4SiMe2CH2CH2)Me2SiO1/2)0.06PhSiO3/2)0.86,
其中Me是甲基、Ph是苯基、C6H4表示对苯基、括号外的数字下标为摩尔份数。此外,在前面的分子式中,单元的顺序并未定死。
成分(B)可以是上述的单独一种有机硅化合物或两种或两种以上不同的有机硅化合物。例如,成分(B)可以是单独的有机氢硅烷,两种不同有机氢硅烷的混合物,单独的有机氢氧硅烷,两种不同有机氢硅氧烷的混合物,或有机氢硅烷和有机氢硅氧烷的混合物。具体来说,成分(B)可以是以成分(B)总重为基准,包括至少0.5%(w/w),或50%(w/w),或至少75%(w/w)的具有分子式(II)的有机氢聚硅氧烷树脂,也可以是有机氢硅烷和/或有机氢硅氧烷,后者不同于有机氢聚硅氧烷树脂。
成分(B)的浓度足够使成分(A)的硅树脂发生固化(交联)。成分(B)确切的量依赖于所要固化的程度,通常它随着成分(B)中与硅连接的氢原子的摩尔数与成分(A)中烯基的摩尔数的比值增加而增加。成分(B)的浓度通常足够为每摩尔的成分(A)提供0.4-2摩尔的与硅原子连接的氢原子,或0.8-1.5摩尔的与硅原子相连的氢原子,或0.8-1.5摩尔的与硅原子相连的氢原子,或0.9-1.1摩尔的与硅原子相连的氢原子。
制备包含有与硅原子相连的氢原子的有机硅化合物的方法是本领域中熟知的技术。例如,有机氢硅烷可以通过格氏试剂与烷基或芳基卤化物的反应来制备。具体来讲,具有分子式为HR1 2Si-R3-SiR1 2H的有机氢硅烷可以通过利用镁金属处理分子式为R3X2的芳基二卤代物得到对应的格式试剂,之后用分子式为HR1 2SiCl的氯代硅烷处理格氏试剂,其中R1和R3如同上文所描述和例举的内容。
制备有机氢硅氧烷的方法,如水解和浓缩有机卤代硅烷,也是本领域中熟知的技术。
此外,具有分子式(II)的有机氢聚硅氧烷树脂可以通过(a)分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R1SiO3/2)y(SiO4/2)z的硅树脂与(b)平均每个分子中有2-4个与硅原子相连的氢原子的且分子量小于1000的有机硅化合物,在(c)水解催化剂,和可选择的(d)有机溶剂的存在条件下,进行反应得到。其中R1是C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,两者均为非饱和脂肪族,R2为R1或烯基,w是0-0.8,x是0-0.6,y是0-0.99,z是0-0.35,w+x+y+z=1,y+z为0.2-0.99,w+x为0.01-0.8,前提是硅树脂(a)每个分子中,平均至少有2个与硅原子相连的烯基,且与硅相连的氢原子与烯基的摩尔比为 1.5-5。
有机硅化合物(b)为至少一种平均每分子中具有2-4个与硅原子相连的氢原子的有机硅化合物。或,有机硅化合物平均每分子中具有2-3个与硅原子相连的氢原子。有机硅化合物通常的分子量小于1000,或小于750,或小于500。有机硅化合物中与硅原子相连的有机基团选自:烃基和卤代烃基,两者都为非饱和脂肪族,如上文关于成分(A)的硅树脂的分子式中R1的描述与举例。
有机硅化合物(b)可以是有机氢硅烷或有机氢硅氧烷。有机氢硅烷可以是单硅烷、双硅烷、三硅烷或多硅烷。环硅烷和环硅氧烷通常有3-12个硅原子,或3-10个硅原子,或3-4个硅原子。在丙烯酸多硅烷和多硅氧烷中,与硅原子相连的的氢原子可以是位于端部、侧链上或两者均有。
有机氢硅烷包括(但不限于):双酚硅烷,2-氯代乙基硅烷,双【(p-双甲基硅烷)苯】醚,1,4-二甲基二硅烷乙烷,1,3,5-三(二甲基硅烷)苯,1,3,5-三硅烷。有机氢硅烷还可以具有分子式HR1 2Si-R3-SiR12H,其中R1和R3如同上文描述或例举的。
有机氢硅氧烷包括(但不限于):1,1,3,3-四甲基二硅氧烷,1,1,3,3-四苯基二硅氧烷,苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷,1,3,5-三甲基环三硅氧烷。
有机硅化合物(b)可以是上述的单独一种有机硅化合物或两种或两种以上的有机硅化合物的混合物。例如成分(B)可以是单独的有机氢硅烷,两种不同有机氢硅烷的混合物,单独的有机氢氧硅烷,两种不同有机氢硅氧烷的混合物,或有机氢硅烷和有机氢硅氧烷的混合物。
制备有机氢硅烷的方法如同上述的格式试剂与卤代烷基或卤代芳基的反应,也是本领域中熟知的技术。与此类似,制备有机氢硅氧烷的方法,如有机卤代硅烷水解和浓缩都是本领域中熟知的技术。
硅氢化催化剂(c)可以是任何熟知的包含铂系金属(即:铂、铑、钌、锇、铱)或包含铂系金属的化合物的硅氢化催化剂。因为在硅氢化反应中反应活性高,所以铂系金属优选铂。
硅氢化催化剂包括氢氯铂酸的络合物和在美国专利3419593中由Willing公开的某些含有乙烯基的有机硅氧烷,这里引作参考。此类型的催化剂是氢氯铂酸与1,3二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的反应产物。
硅氢化催化剂包含由铂系金属作为担体的硅氢化催化剂。带有担体的催化剂可以方便地与有机氢聚硅氧烷树脂产品进行分离,例如,通过过滤反应物混合物的方法。带有担体的催化剂包括(但不限于):铂固载碳、钯固载碳、钌固载碳、铑固载碳、铂固载碳、钯固载硅、铂固载氧化铝、钯固载氧化铝以及钌固载氧化铝。
有机溶剂(d)至少为一种有机的溶剂。有机溶剂可以是任何疏质子型或偶极疏质子型有机溶剂,它不与硅树脂(a)、有机硅树脂(b)或有机氢聚硅氧烷树脂在本方法条件下进行反应,且易混合于成分(a)、(b)和有机氢聚 硅氧烷树脂。
有机溶剂的例子包括(但不限于):饱和脂肪烃,如正戊烷、己烷、正庚烷、异辛烷和十二烷;脂环族烃如环庚烷和环己烷;芳香烃如:苯、甲苯、二甲苯和三甲苯;环醚如四氢呋喃(THF)和二氧杂环乙烷;酮如甲基丁烯酮(MIBK);卤代烷烃如:三氯乙烯;卤代芳香烃如溴苯和氯苯。有机溶剂(d)可以是上述的单独一种有机溶剂或两种和两种以上有机溶剂的混合物。
所述反应可以在任何适宜进行硅氢化反应的标准反应器中进行。适合的反应器包括玻璃和有特富龙衬里的玻璃反应器。优选地,反应器装配有搅动器如搅拌器。还可以优选在无湿的惰性气体环境中进行反应,如氮气或氩气中。
硅树脂、有机硅化合物、硅氢化催化剂和可选择的有机溶剂,可以任何顺序结合。通常,有机硅化合物(b)和硅氢化催化剂(c)先于硅树脂(a)和可选择的有机溶剂(d)进行结合。
通常反应在0-150℃,或室温(约23±2℃)至115℃进行反应。当温度低于0℃,通常反应速率很低。
反应时长依赖于几个因素,如硅树脂和有机硅化合物的结构以及温度。反应时长通常为1-24小时,温度室温(约23±2℃)至150℃。最佳反应时间可以通过常规实验采用下文中例子部分提到的方法得出。
有机硅化合物(b)中与硅相连的氢原子与硅树脂(a)中烯基的摩尔比通常为1.5∶5,或1.75∶3,或2∶2.5。
硅氢化催化剂(c)的浓度足够催化硅树脂(a)与有机硅化合物(b)的加成反应。通常,硅氢化催化剂(c)的浓度足够提供,以硅树脂(a)和有机硅化合物(b)两者的结合重量基础的0.1-1000ppm的铂系金属、或1-500ppm的铂系金属、或5-150ppm的铂系金属。铂系金属在0.1ppm以下时,反应的速度非常慢。使用1000ppm以上的铂系金属不会显著提高反应速度,因而是不经济的。
有机溶剂(d)的浓度通常为反应混合物总重的0-99%(w/w),或30-80%(w/w),或45-60%(w/w)。
在硅氢化-可固化合成物的第一个实施例中,有机氢聚硅氧烷树脂可以无需分离或提纯,或者可以将树脂用传统蒸馏方法从大多数溶剂中进行分离。例如通过在减压的条件下加热反应混合物。此外,如上所述,当用来制备有机氢聚硅氧烷树脂的硅氢化催化剂是带有支撑体的催化剂时,该树脂可以通过过滤反应混合物的方法从硅氢化催化剂中迅速分离树脂。不过,当有机氢聚硅氧烷树脂没有与制备树脂的硅氢化催化剂进行分离时,催化剂可以用作硅氢化-可固化硅合成物的第一个实施例的成分(C)。
硅氢化-可固化硅合成物的成分(C)为至少一种提升成分(A)与成分(B)的加成反应的硅氢化催化剂。硅氢化催化剂可以是任何已知的包含有铂系金属的硅氢化催化剂、含有铂系金属的化合物或微胶囊封装的含铂系金属的催化剂。铂系金属包括铂、铑、钌、锇、铱。因为在硅氢化反应中反应活性高,所以铂系金属优选铂。
硅氢化催化剂包括氢氯铂酸的络合物和在美国专利3419593中由 Willing公开的某些含有乙烯基的有机硅氧烷,这里引作参考。此类型的催化剂是氢氯铂酸与1,3二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的反应产物。
硅氢化催化剂还可以是包含封装在微胶囊中的铂系金属的催化剂,该催化剂包含有封装在热塑性树脂中的铂系金属。含有微胶囊的硅氢化催化剂可以在环境条件下使用较长的时间,通常为几个月或更长的时间,但在热塑性树脂的熔融或软化点以上可以相对快速地进行固化。如同作为参考文献引入的美国专利4766176,以及美国专利5017654中所列举的内容一样,微胶囊封装的硅氢化催化剂及其制备方法也是本领域中的公知技术。
成分(C)可以是单独的硅氢化催化剂也可以是包括两种或两种以上在结构、形式、铂系金属、络合配位体以及热塑性树脂方面不同的两种或两种以上催化剂的混合物。
成分(C)的浓度足够催化成分(A)和成分(B)的加成反应。通常,硅氢化催化剂(C)的浓度足够提供,以成分(A)和成分(B)两者的结合重量基础的0.1-1000ppm的铂系金属、或1-500ppm的铂系金属、或5-150ppm的铂系金属。铂系金属在0.1ppm以下时,反应的速度非常慢。使用1000ppm以上的铂系金属不会显著提高反应速度,因而是不经济的。
按照第二个实施例,硅氢化-可固化硅合成物包括(A’)具有分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,两者均为不含不饱和脂肪族,R5是R1或-H,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂平均每个分子中需含至少两个与硅原子相连的氢原子;(B’)平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯基的有机硅化合物,且其量足够固化硅树脂;以及(C)具有催化量的硅氢化催化剂。
成分(A ’)为至少一种含有分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,两者均为不含不饱和脂肪族,R5是R1或-H,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂平均每个分子中需含至少两个与硅原子相连的氢原子。在分子式(III)中,R1、w、x、y、z、y+z和w+x与对具有分子式(I)的硅树脂的描述和举例相同。
通常在硅树脂中,至少有50mol%(w/w),或至少65mol%(w/w),或至少80mol%(w/w)的R5基团为氢。
硅树脂通常数均分子量(Mn)为500-50000,或500-10000,或1000-3000,其中分子量是利用小角激光光散射仪或折光检测仪,及硅树脂(MQ)标准采用凝胶渗透色谱法得到的。
25℃下,硅树脂的粘度通常为0.01-100000Pa.s,或0.1-10000Pa.s,或1-100Pa.s。
通过29Si的核磁共振波普法检测,硅树脂通常含有小于10%(w/w),或小于5%(w/w),或小于2%(w/w)的与硅原子相连的羟基。
硅树脂包含R5SiO3/2单元(即T单元),R5SiO3/2单元(即T单元)和SiO4/2 单元(即Q单元)或R5SiO3/2单元(即T单元)和/或SiO4/2单元(即Q单元)与R1R5 2SiO1/2单元(即M单元)和/或R5 2SiO2/2单元(即D单元)。例如,硅树脂可以是T树脂、TQ树脂、DT树脂、MT树脂、MDT树脂、MQ树脂、DQ树脂、MDQ树脂、MTQ树脂、DTQ树脂、或MDTQ树脂。
可以作为化合物(A’)的硅树脂包括(但不限于)具有下列分子式的树脂:
(Hme2SiO1/2)0.25(PhSiO3/2)0.75、(HMeSiO2)0.3(PhSiO3/2)0.6(MeSiO3/2)0.1、以及(Me3SiO1/2)0.1(H2SiO2/2)0.1(MeSiO3/2)0.4(PhSiO3/2)0.4,
其中Me为甲基,Ph为苯基,括号外的下标数字表示摩尔份数。同样地,在前面的分子式中,单元的顺序并未定死。
成分(A’)可以是上面提到的单独一种硅树脂,或两种或两种以上不同硅树脂的混合物。
制备硅树脂的方法是本领域的公知技术;这些树脂很多都可以买到。硅树脂通常是在有机溶剂(如甲苯)中适当混合氯代硅前体共水解得到的。例如,主要由R1R5 2SiO1/2单元和R5SiO3/2单元组成的硅树脂可以通过与分子式为R1R5 2SiCl的化合物以及分子式为R5SiCl3的化合物在甲苯中共水解制得,其中R1和R2的定义与举例如上所述分离盐酸水溶液和硅树脂水解产物时,用水冲洗水解产物,去除残留的酸,并在适当的浓缩催化剂存在条件下加热使树脂“塑型”(即浓缩)得到所需要的粘度。如果需要,树脂还可以用浓缩催化剂在有机溶剂中进一步处理,减少与硅原子连接的羟基的含量。或者,可以在共水解反应中用作开始材料的含有可水解基团的硅烷除了氯代外,还有溴代、碘代、-OCH3、-OC(O)CH3、-N(CH3)2、NHCOCH3以及-SCH3等基团取代。树脂产物的性能依赖于硅烷的类型、摩尔比、浓度以及操作条件。
成分(B’)为至少一种有机硅化合物,它平均每个分子中有至少两个与硅原子相连的氢原子,且量足够固化成分(A’)中的硅树脂。
有机硅化合物平均每个分子中至少有两个与硅原子相连的氢原子,或至少有三个与硅原子相连的氢原子。通常的理解是,每分子的成分(A’)中烯基的平均数与每分子的成分(B’)中与硅原子相连的氢原子的平均数大于4时,发生交联。
有机硅化合物可以是有机氢硅烷或有机氢硅氧烷。有机氢硅烷可以是单硅烷、双硅烷、三硅烷或多硅烷。环硅烷和环硅氧烷通常有3-12个硅原子,或3-10个硅原子,或3-4个硅原子。在丙烯酸多硅烷和多硅氧烷中,与硅原子相连的的氢原子可以是位于端部、侧链上或两者均有。
适宜用作成分(B’)的有机硅烷的例子包括(但不限于)具有如下分子式的硅烷:
Vi4Si、PhSiVi3、MeSiVi3、PhMeSiVi2、Ph2SiVi2以及PhSi(CH2CH=CH2)3,其中Me是甲基、Ph是苯基、Vi是乙烯基。
适宜用作成分(B’)的有机硅氧烷的例子包括(但不限于):具有如下分子式的硅氧烷:
PhSi(OSiMe2Vi)3、Si(OSiMe2Vi)4、MeSi(OSiMe2Vi)3以及Ph2Si(OSiMe2Vi)2其中Me是甲基、Ph是苯基、Vi是乙烯基。
成分(B’)可以是上面所述的单独一种有机硅烷化合物或两种或两种以上有机硅烷化合物的混合物。例如,成分(B’)可以是单独的有机氢硅烷,两种不同有机氢硅烷的混合物,单独的有机氢氧硅烷,两种不同有机氢硅氧烷的混合物,或有机氢硅烷和有机氢硅氧烷的混合物。
成分(B’)的浓度足够使成分(A’)的硅树脂发生固化(交联)。成分(B’)确切的量依赖于所要固化的程度,通常它随着成分(B’)中与硅连接的氢原子的摩尔数与成分(A)中烯基的摩尔数的比值增加而增加。成分(B’)的浓度通常足够为每摩尔的成分(A’)提供0.4-2摩尔的与硅原子连接的氢原子,或0.8-1.5摩尔的与硅原子相连的氢原子,或0.8-1.5摩尔的与硅原子相连的氢原子,或0.9-1.1摩尔的与硅原子相连的氢原子。
含有与硅原子相连的烯基的有机硅烷和有机硅氧烷的制备方法是本领域中熟知的技术;很多这些化合物都可以买到。
硅合成物的第二个实施例的成分(C)同第一个实施例的成分(C)的描述与举例。
根据第三个实施例,硅氢化-可固化合成物包括(A)分子式(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的硅树脂;(B)平均每个分子中具有至少两个与硅相连的氢原子的有机硅化合物,且其量足够固化硅树脂;(C)可催化量的硅氢化催化剂;以及(D)具有选自(i)(R1R2 2SiO(R2 2SiO)aSiR2 2R1(IV)和(ii R5R1 2SiO(R1R5SiO)bSiR1 2R5(V)的硅橡胶;其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不合不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标a和b的值均为1-4,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂和硅橡胶(D)(i)平均每分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(D)(ii)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的氢原子,且硅橡胶(D)中与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子与硅树脂(A)中与硅连接的烯基的摩尔比为0.01∶0.5。
硅合成物的第三实施例的成分(A)、(B)和(C)同第一个实施例的描述和举例。
成分(B)的浓度足够固化(交联)成分(A)的硅树脂。当成分(D)为(D)(i)时,成分(B)的浓度使得成分(B)中的与硅连接的氢原子的摩尔数与成分(A)和成分(D)(i)中与硅连接的烯基的摩尔数的和的比值通常达到0.4∶2,或0.8∶1.5,或0.9∶1.1。此外,当成分(D)为(D)(ii)时,成分(B)的浓度使得成分(B)中与硅连接的氢原子的摩尔数的和与成分(A)中与硅连接的烯基的摩尔数的比值通常达到0.4∶2,或0.8∶1.5,或0.9∶1.1。
成分(D)为分子式选自(i)(R1R2 2SiO(R2 2SiO)aSiR2 2R1(IV)和(ii)R5R1 2SiO(R1R5SiO)bSiR1 2R5(V)的硅橡胶;其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标a和b的值均为1-4,前提是硅树脂和硅橡胶(D)(i)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(D)(ii)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的氢原子。
成分(D)(i)为至少一种分子式为(R1R2 2SiO(R2 2SiO)aSiR2 2R1(IV)的硅橡胶,其中R1和R2同上文所述,下标的值为1-4,前提是硅橡胶(D)(i)平均 每个分子中具有至少两个与硅连接的烯基。或者,下标的值为2-4或2-3。
适宜用作成分(D)(i)的硅橡胶的例子包括(但不限于):具有如下分子式的硅橡胶:
ViMe2SiO(Me2SiO)aSiMe2Vi 、ViMe2SiO(Ph2SiO)aSiMe2Vi、以及ViMe2SiO(PhMeSiO)aSiMe2Vi其中Me为甲基,Ph为苯基,Vi为乙烯基,下标a的值为1-4。
成分(D)(i)可以是具有分子式(IV)的单独一种硅橡胶或包括两种或两种以上硅橡胶的混合物。
成分(D)(ii)为至少一种分子式为R5R1 2SiO(R1R5SiO)bSiR1 2R5(V)的硅橡胶;其中R1和R5同上文的描述与举例,下标b的值为1-4,前提是硅橡胶(D)(ii)平均每个分子中具有至少两个与硅连接的氢原子。或者,下标的值为2-4或2-3。
适宜用作成分(D)(ii)的硅橡胶包括(但不限于)具有如下分子式的硅橡胶:
HMe2SiO(Me2SiO)bSiMe2H、HMe2SiO(Ph2SiO)bSiMe2H,Hme2SiO(PhMeSiO)bSiMe2H以及HMe2SiO(Ph2SiO) 2(Me2SiO)2SiMe2H,
其中Me为甲基,Ph为苯基,下标b的值为1-4。
成分(D)(ii)可以是具有分子式(V)的单独一种硅橡胶或包括两种或两种以上硅橡胶的混合物。
在硅橡胶(D)中与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子与硅树脂(A)中与硅连接的烯基的摩尔比通常为0.01∶0.5,或为0.05∶0.4,或为0.1∶0.3。
含有与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子的硅橡胶的制备方法是本领域中熟知的技术;这些化合物很多都可以买到。
根据第四个实施例,硅氢化-可固化硅合成物包括(A’)分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂;(B’)平均每个分子中具有至少两个与硅连接的烯基的有机硅化合物,且量足够固化硅树脂;(C)足够催化量的硅氢化催化剂;(D)分子式选自(i)(R1R2 2SiO(R2 2SiO)aSiR2 2R1(IV)和(ii)R5R1 2SiO(R1R5SiO)bSiR1 2R5(V)的硅橡胶;其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标a和b的值均为1-4,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂和硅橡胶(D)(ii)平均每分子中含至少两个与硅原子相连的氢原子,硅橡胶(D)(i)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,且硅橡胶(D)中与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子与硅树脂(A’)中与硅连接的烯基的摩尔比为0.01∶0.5。
硅树脂合成物的第四个实施例的成分(A’)(B’)和(C’)同上文关于第二实施例的描述和例举,第四实施例的成分(D)同上文关于第三实施例的描述和例举。
成分(B’)的浓度足够固化(交联)成分(A’)的硅树脂。当成分(D)为(D)(i)时,成分(B’)的浓度使得成分(B’)和成分(D)(i)中与硅连接的烯基的摩尔数的和与成分(A’)中与硅连接的氢原子的摩尔数的比值通常达 到0.4∶2,或0.8∶1.5,或0.9∶1.1。此外,当成分(D)为(D)(ii)时,成分(B’)的浓度使得成分(B’)中与硅连接的烯基的摩尔数的和与成分(A’)和成分(D)(ii)中与硅连接的氢原子的摩尔数的比值通常达到0.4∶2,或0.8∶1.5,或0.9∶1.1。
在硅树脂橡胶(D)中与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子与硅树脂(A’)中与硅原子连接的氢原子的摩尔比通常为0.1∶0.5,或0.05∶0.4,或0.1∶0.3。
根据第五个实施例,硅氢化-可固化硅合成物包括(A”)由分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的硅树脂和分子式为R5R1 2SiO(R1R5SiO)cSiR1 2R5(VI)的硅树脂橡胶,在硅氢化催化剂及可选择的有机溶剂存在条件下反应制得可溶性反应产物橡胶改性的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标c的值为4-1000,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂(I)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(D)(i)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,且硅树脂橡胶(VI)中与硅连接的氢原子与硅树脂(I)中与硅连接的烯基的摩尔比为0.01∶0.5;(B)平均每分子中具有至少两个与硅连接的氢原子的有机硅化合物,且其量足够固化橡胶改性的硅树脂;以及(C)足够催化量的硅氢化催化剂。
硅树脂合成物的第五个实施例的成分(B)和成分(C)同第一个实施例的描述和例举。
成分(B)的浓度足够固化(交联)橡胶改性的硅树脂。成分(B)的浓度使得成分(B)和硅树脂橡胶(VI)中与硅连接的氢原子的摩尔数与硅树脂(I)中与硅连接的烯基的摩尔数的比值通常达到0.4∶2,或0.8∶1.5,或0.9∶1.1。
成分(A”)是至少一种分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的硅树脂和分子式为R5R1 2SiO(R1R5SiO)cSiR1 2R5(VI)的硅树脂橡胶在硅氢化催化剂及可选择的有机溶剂存在条件下反应制得可溶性反应产物橡胶改性的硅树脂,其中R1、R2、R5、w、x、y、z、y+z、w+x同上文的描述与举例,下标c的值为4-1000。
分子式为(I)的硅树脂同硅树脂合成物的第一个实施例的描述与举例。此外,硅氢化催化剂和有机溶剂也与制备分子式为(III)的有机氢聚硅氧烷树脂的方法中的描述和举例相同。这里所提到的“可溶性反应产物”是指当有机溶剂存在条件下,制备成分(A”)的反应产物易与有机溶剂混合,且不形成沉淀和悬浊液。
在硅树脂橡胶的分子式(VI)中,R1和R5如上文的描述与举例,下标c通常的值为4-1000,或10-500,或10-50。
具有分子式(VI)的硅树脂橡胶的例子包括(但不限于)具有下列分子式的硅树脂橡胶:
HMe2SiO(Me2SiO)50SiMe2H,Hme2SiO(Me2SiO)10SiMe2H、HMe2SiO(PhMeSiO)25SiMe2H,以及Me3SiO(MeHSiO)10SiMe3,其中Me为甲基、Ph为苯基、数字下标表明各类型硅氧烷单元的数量。
具有分子式(VI)的硅树脂橡胶可以是带有分子式(VI)的单独一种硅树脂橡胶或两种或两种以上硅树脂橡胶的混合物。
制备含有与硅连接的氢原子的硅树脂橡胶的方法是本领域熟知的技术,很多这类化合物都是可以买到的。
硅树脂(I)、硅树脂橡胶(VI)、硅氢化催化剂和有机溶剂可以任意顺序结合。通常,有机硅树脂、硅树脂橡胶和有机溶剂先于硅氢化催化剂结合。
通常反应温度为室温(约23±2℃)至150℃,或从室温至100℃。
反应时长依赖于几个因素,包括硅树脂和硅树脂橡胶的结构以及温度。通常成分要反应一定时间,足以完成硅氢化反应。这意味着从FTIR检测仪中检测到:硅树脂橡胶中至少95mol%,或至少98mol%,或至少99mol%的原始存在的与硅连接的氢原子已在硅氢化反应中被消耗掉为止。反应时长通常为0.5-24小时,温度室温(约23±2℃)至100℃。最佳反应时间可以通过常规实验采用下文中例子部分提到的方法得出。
在硅树脂橡胶(VI)中与硅连接的氢原子与硅树脂(I)中与硅连接的烯基的摩尔比通常为0.01∶0.5,或0.05∶0.4,或0.1∶0.3。
硅氢化催化剂的浓度足够催化硅树脂(I)与硅树脂橡胶(VI)的加成反应。以树脂和橡胶结合的总重为基础,通常硅氢化催化剂的浓度足够提供0.1-1000ppm的铂系金属。
以反应混合物的总重的基准,有机溶剂的浓度通常为0-95%(w/w),或10-75%(w/w),或40-60%(w/w)。
硅氢化-可固化硅树脂合成物的第五个实施例中所用的橡胶改性的硅树脂可以不进行分离或提纯,或者该树脂也可以用传统的蒸馏方法从大部分溶剂中进行分离。例如,反应物可以在降低压力情况下加热进行。此外,如上所述,当硅氢化催化剂为带有担体催化剂时,橡胶改性的硅树脂可以从硅氢化催化剂中,通过过滤反应物进行分离。不过,当橡胶改性的硅树脂不从制造树脂的硅氢化催化剂中分离时,催化剂可以用作硅氢化-可固化硅树脂合成物的第五个实施例的中的成分(C)。
根据第六个实施例,硅氢化-可固化硅合成物包括(A”’)由分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂和分子式为(VII)的硅树脂橡胶,在硅氢化催化剂及可选择的有机溶剂存在条件下反应制得可溶性反应产物橡胶改性的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标c的值均为4-1000,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,前提是硅树脂(III)平均每分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(VII)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,且硅树脂橡胶(VII)中与硅连接的烯基与硅树脂(I)中与硅连接的氢原子的摩尔比为0.01-0.5;(B’)平均每分子中具有至少两个与硅连接的氢原子的有机硅化合物,且其量足够固化橡胶改性的硅树脂;以及(C)足够催化量的硅氢化催化剂。
硅树脂合成物的第六个实施例的成分(B’)和成分(C)同第二个实施例的描述和例举。
成分(B’)的浓度足够固化(交联)橡胶改性的硅树脂。成分(B’)的浓 度使得成分(B’)和硅树脂橡胶(VII)中与硅连接的氢原子的摩尔数与硅树脂(III)中与硅连接的烯基的摩尔数的比值通常达到0.4∶2,或0.8∶1.5,或0.9∶1.1。
成分(A”’)是至少一种分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂和分子式为R1R2 2SiO(R2 2SiO)dSiR2 2R1(VII)的硅树脂橡胶在硅氢化催化剂及可选择的有机溶剂存在条件下反应制得可溶性反应产物橡胶改性的硅树脂,其中R1、R2、R5、w、x、y、z、y+z、w+x同上文的描述与举例,下标c的值为4-1000。
分子式为(III)的硅树脂同硅树脂合成物的第一个实施例的描述与举例。此外,硅氢化催化剂和有机溶剂也与制备分子式为(II)的有机氢聚硅氧烷树脂的方法中的描述和举例相同。这里所提到的“可溶性反应产物”是指当有机溶剂存在条件下,制备成分(A”’)的反应产物易与有机溶剂混合,且不形成沉淀和悬浊液。
在硅树脂橡胶的分子式(VII)中,R1和R2如上文的描述与举例,下标c通常的值为4-1000,或10-500,或10-50。
具有分子式(VII)的硅树脂橡胶的例子包括(但不限于)具有下列分子式的硅树脂橡胶:
ViMe2SiO(Me2SiO)50SiMe2Vi、ViMe2SiO(Me2SiO)10SiMe2Vi,ViMe2SiO(PhMeSiO)25SiMe2Vi、以及Vi2MeSiO(PhMeSiO)25SiMe2Vi,
其中Me为甲基、Ph为苯基、Vi为乙烯基,数字下标表明各类型硅氧烷单元的数量。
具有分子式(VII)的硅树脂橡胶可以是带有分子式(VII)的单独一种硅树脂橡胶或两种或两种以上硅树脂橡胶的混合物。
制备含有与硅连接的氢原子的硅树脂橡胶的方法是本领域熟知的技术,很多这类化合物都是可以买到的。
制备成分(A”’)的反应方式可以按照硅树脂合成物的第五个实施例中制备成分(A”)的反应方式进行,除了具有分子式(I)的硅树脂和具有分子式(VI)的硅树脂橡胶各自由具有分子式(III)的树脂和具有分子式(VII)的橡胶代替。硅树脂橡胶(VII)中的与硅原子连接的西停机与硅树脂(III)中与硅原子连接的氢原子的摩尔比为0.01∶0.5,或0.05∶0.4,或0.1∶0.3。此外,硅树脂和硅树脂橡胶通常反应足够长的时间,使硅氢化反应进行完全。这意味着从FTIR检测仪中检测到:硅树脂橡胶中至少95mol%,或至少98mol%,或至少99mol%的原始存在的与硅连接的烯基已在硅氢化反应中被消耗掉为止。
本方法中硅氢化-可固化硅树脂合成物可以包括添加剂,前提是该添加剂不会阻碍硅树脂合成物固化形成下文中具有低热膨胀系数、高抗张强度、高模量的固化硅树脂。添加剂的例子包括(但不限于):硅氢化催化剂抑制剂,如3-甲基-3苯基-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔基-1-环己醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、乙烯基环硅氧烷和三苯基膦;增粘剂,如美国专利4087585和5194649中所示的增粘剂;染料、颜料、抗氧剂、热稳定剂、紫外线稳定剂、 防火剂、流平剂和稀释剂,如有机溶剂和反应稀释剂。
例如,硅氢化-可固化硅树脂合成物可以包括(E)反应稀释剂,其包括(i)每分子中平均具有至少两个于硅连接的烯基,且25℃时粘度为0.001-2Pa.s的有机硅氧烷,其中,(E)(i)的粘度小于硅树脂粘度的20%,例如上文中硅树脂合成物和分子式为(R1R2 2SiO1/2)m(R2 2SiO2/2)n(R1SiO3/2)p(SiO4/2)q的有机硅氧烷中的成分(A)(A’)(A”)或(A”’),其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2为R1或烯基,m为0-0.8,n=0-1,p=0-0.25,q=0-0.2,m+n+p+q=1,m+n不等于0,前提是p+q=0时,n不等于0,且烯基不是端基,还包括(ii)平均每个分子中具有至少两个与硅连接的氢原子的有机氢硅氧烷,且25℃时粘度为0.001-2Pa.s,其量足够为每摩尔的(E)(i)中烯基提供(E)(ii)中0.5-3摩尔的与硅连接的氢原子,其中有机氢硅氧烷的分子式为(HR1 2SiO1/2)s(R1SiO3/2)t(SiO4/2)v,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基均为不含不饱和脂肪族,s为0.25-0.8,t为0-0.5,v为0-0.3,s+t+v=1,t+v不等于0。
成分(E)(i)至少是一种平均每分子中具有至少2个烯基的有机硅氧烷,且25℃时其粘度为0.001-2Pa.s,其中,(E)(i)的粘度小于硅树脂合成物和分子式为(R1R2 2SiO1/2)m(R2 2SiO2/2)n(R1SiO3/2)p(SiO4/2)q的有机硅氧烷的硅树脂粘度的20%,其中,R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2为R1或烯基,m为0-0.8,n=0-1,p=0-0.25,q=0-0.2,m+n+p+q=1,m+n不等于0,前提是p+q=0时,n不等于0,且烯基不全是端基(即有机硅氧烷中不是所有的烯基都在R1R2SiO1/2单元中)。此外,有机硅氧烷(E)(i)具有线性、接枝或环状结构。例如当有机硅氧烷(E)(i)分子式中下标m,p和q分别为0,有机硅氧烷为有机环硅氧烷。
25℃时,有机硅氧烷(E)(i)的粘度通常为0.001-2Pa.s,或0.001-0.1Pa.s,或0.001-0.05Pa.s。此外,有机硅氧烷(E)(i)25℃时的粘度通常小于硅氢化-可固化硅树脂合成物中硅树脂的粘度的20%,或10%,或1%。
适宜用作有机硅氧烷(E)(i)的例子包括(但不限于):具有如下分子式的有机硅氧烷:
(ViMeSiO)3,(ViMeSiO)4,(ViMeSiO)5,(ViMeSiO)6,(ViPhSiO)4、(ViPhSiO)5、(ViPhSiO)6、ViMe2SiO(ViMeSiO)nSiMe2Vi,Me3SiO(ViMeSiO)nSiMe3、以及(ViMe2SiO)4Si,其中Me是甲基、Ph是苯基、Vi是乙烯基,下标n的值使得有机硅氧烷的粘度在25℃时为0.001-2Pa.s。
成分(E)(i)可以是上文中提到的单独一种有机硅氧烷或两种或两种以上有机硅氧烷的混合物。制备烯基有机硅氧烷的方法是本领域中熟知的技术。
成分(E)(ii)为至少一种平均每分子中具有至少两个与硅连接的氢原子的有机氢硅氧烷,且其粘度在25℃时为0.001-2Pa.s,其量足够提供(E)(ii)中0.5-3摩尔的与硅连接氢原子,和(E)(i)中数摩尔的烯基,其中有机氢气硅氧烷的分子是为(HR1 2SiO1/2)s(R1SiO3/2)t(SiO4/2)v,其中R1为C1-C10 的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,s为0.25-0.8,t为0-0.5,v为0-0.3,s+t+v=1,t+v不等于0。
有机氢硅氧烷(E)(ii)在25℃时的粘度通常为0.001-2Pa.s,或0.001-0.1Pa.s,或0.001-0.05Pa.s。
适宜用作有机氢硅氧烷(E)(ii)的有机氢硅氧烷的例子包括(但不限于):具有如下分子式的有机氢硅氧烷:
PhSi(OSiMe2H)3、Si(OSiMe2H)4、MeSi(OSiMe2H)3、(HMe2SiO)3SiOSi(OSiMe2H)3以及(HMe2SiO)3SiOSi(OSiMe2H)2,其中Me是甲基、Ph是苯基。
成分(E)(ii)可以是上述提到的单独一种有机氢硅氧烷或两种或两种以上有机氢硅氧烷混合物。制备有机硅氧烷的方法是本领域中熟知的技术。
成分(E)(ii)的浓度足够为对应成分(E)(i)中每摩尔的烯基,提供0.5-3摩尔的与硅连接的氢原子,或0.6-2摩尔的与硅连接的氢原子,或0.9-1.5摩尔的与硅连接的氢原子。
在硅氢化-可固化硅树脂合成物中,反应稀释剂(E)、成分(E)(i)和(E)(ii)两者结合的浓度通常为,上文的实施例中硅树脂、成分(A)(A’)(A”)或(A”’)以及有机硅化合物、成分(B)或(B’)总重的0-90%(w/w),或0-50%(w/w),或0-20%(w/w),或0-10%(w/w)。
包含热固性聚合物的可固化合成物进一步包含上文所述的碳纳米材料。在使用中,碳纳米材料通常浓度为热固性聚合物总重的0.0001-99%(w/w),或0.001-50%(w/w),或0.01-25%(w/w),或0.1-10%(w/w),或1-5%(w/w)。
隔离膜可由包含有热固性聚合物的可固化的合成物采用传统涂布技术进行涂布,例如旋转涂布法、浸洗法、喷涂法、涂刷法、挤压法或丝网印刷法。合成物的量在下述本方法步骤(ii)聚合物固化之后足够形成厚度为0.01至1000μm的第一聚合物层。
在制备第一聚合物层的方法之前紧接着的步骤(ii)中,被涂布的隔离膜中热固性聚合物被固化。热固性聚合物可以使用多种方法进行固化,包括讲聚合物暴露于环境温度下、升高的温度下、湿度条件下或辐射条件下,根据用于涂布隔离膜的可固化合成物的不同进行选择。
当用来涂布隔离膜的可固化的合成物为浓缩-固化硅合成物时,且该合成物包括至少一种硅树脂,其每个分子中平均有至少两个与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子,被涂布的隔离膜的硅树脂可以通过在足够固化硅树脂的温度下加热固化。可以在大气环境压力、亚大气环境压力或超大气环境压力下对涂层进行加热。通常加热涂层可以在大气压力下,温度(约23±2℃)到250℃,或从室温到200℃,或从室温到150℃的条件下进行。例如,涂层通常可以在150℃-200℃之间加热0.1-3小时。
或者,当用于涂布隔离膜的可固化合成物为平均每分子中含有至少两个与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子的硅氢化-可固化硅树脂合成物时,被涂布的隔离膜的硅树脂可以在真空条件下、温度为150℃-200℃且压力为1000-20000Pa下加热0.5-3小时。硅树脂可以在低压下使用传统真空包手段进行固化。在传统方法中,分压剂(如聚酯)用于被涂布的隔离膜 上,吸收剂(如尼龙、聚酯)用在分压剂上,配置有真空嘴的真空包膜(如尼龙)用在吸收剂上,所述叠层用胶带封闭起来,对封闭起来的叠层施加真空压(如1000Pa),被抽真空的叠层可以按上文所述进行加热。
制备第一聚合物层的方法,其中该层包括热固性聚合物,还可以进一步包括,在步骤(i)之后步骤(ii)之前,将第一步得到的涂布的隔离膜上设置第二个隔离膜,形成叠层,并对该叠层进行压制。该叠层可以经压制去除多于的合成物和/或包裹在其中的空气,以及减少涂层的厚度。可以使用传统设备,如不锈钢辊、液压、橡胶辊或层压组合辊进行压制。叠层通常在1000Pa至10MPa的压力、室温(约23±2℃)至50℃之间的温度范围内进行压制。
制备第一聚合层的方法,其中所述层包括热固性聚合物,还包括重复步骤(i)和(ii),以增加聚合物层的厚度,前提是在每个涂布步骤中都采用相同的固化合成物。
当第一聚合物层包括热塑性聚合物和纤维增强物时,聚合物层可以通过(a)在包含有液态热塑性聚合物的合成物中浸渍纤维增强物,(b)将纤维增强物浸渍的热塑性聚合物转化为固态。
在制备第一聚合物层制备方法前紧接的步骤(a)中,纤维增强物在包含有液态热塑性聚合物的合成物中进行浸渍。
可以采用多种方法在包含有液态热塑性聚合物的合成物中对纤维增强物进行浸渍。例如,按照第一种方法,纤维增强物可以通过(i)将包含有液态热塑性聚合物的合成物施加到隔离膜上,形成膜;(ii)在膜上植入纤维增强物;(iii)将合成物施加到植入的纤维增强物上形成浸渍纤维增强物。
在浸渍纤维增强物之前紧接的步骤(i)中,包括液态热塑性聚合物的合成物被施加到隔离膜上形成膜。隔离膜和合成物均如上文所述。可以采用传统涂布方法施加合成物,如旋转涂布法、浸洗法、喷涂法、涂刷法、挤压法或丝网印刷法。所施加的合成物的量足够将下述步骤(ii)的纤维增强物进行植入。
在步骤(ii)中,纤维增强物植入到了膜中。纤维增强物如所述。纤维增强物可以简单将增强物置于膜上,使膜的合成物将其浸透。
在步骤(iii)中,包含有液态热塑性聚合物的合成物施加到植入的纤维增强物上,形成浸渍的纤维增强物。可以采用步骤(i)中所述的传统方法将合成物施加到植入的纤维增强物上。
浸渍纤维增强物的第一种方法还可以进一步包括步骤(iv),将第二隔离膜施加到浸渍的纤维增强物上形成叠层;以及步骤(v)压制叠层。此外,第一种方法还可以在步骤(ii)和步骤(iii)之间进一步包括:对植入的纤维增强物进行排气操作和/或在步骤(iii)和步骤(iv)之间,对浸渍的纤维增强物进行排气操作。
可以对叠层进行压制排除多余的合成物和/或包裹在其中的空气,以减少浸渍纤维增强物的厚度。可以使用创痛设备如不锈钢辊、液压、橡胶辊或层压组合辊对叠层进行压制。叠层通常在1000Pa至10MPa的压力、室温(约23±2℃)至200℃之间的温度范围内进行压制。
植入的纤维增强物或浸渍的纤维增强物可以在足够保持热塑性聚合物 的流体状态的温度下施加真空进行排气。
或者,按照第二种方法,纤维增强物可以在包含液态热塑性聚合物的合成物中的浸渍,通过如下步骤进行:(i)将纤维增强物置于隔离膜上;(ii)将纤维增强物植入到包含有液态热塑性聚合物的合成物中;(iii)将合成物施加到植入的纤维增强物上,形成浸渍纤维增强物。第二种方法还可以进一步包括步骤(iv),将第二隔离膜施加到浸渍的纤维增强物上形成叠层;以及(v)压制叠层。在第二种方法中,步骤(iii)至(v)如同在包含液态有热塑性聚合物的合成物中浸渍纤维增强物的第一种方法。此外,第一种方法还可以在步骤(ii)和步骤(iii)之间进一步包括:对植入的纤维增强物进行排气操作和/或在步骤(iii)和步骤(iv)之间,对浸渍的纤维增强物进行排气操作。
在浸渍纤维增强物之前紧接的步骤(ii)中,纤维增强物浸渍在包括液态热塑性聚合物的合成物中。纤维增强物可以通过简单在增强物上覆盖合成物的方式使合成物浸透增强物,从而将纤维增强物植入到合成物中。
此外,当纤维增强物为织物或无纺物时,增强物可以穿过包含液态热塑性聚合物的合成物,以达到浸渍的效果。织物或无纺物穿过合成物的速率为1-1000厘米/秒。
在制备第一聚合物层的方法之前紧接的步骤(b)中,浸渍纤维增强物中的热塑性聚合物变为固态。当用来涂布隔离膜的合成物包括熔融态的热塑性聚合物时,热塑性聚合物可以通过将聚合物冷却至固液转变温度(Tg或Tm)以下,如室温以下,来转变成固态。当用来涂布隔离膜的合成物包括有热塑性聚合物和有机溶剂时,热塑性聚合物可以通过去除至少一部分溶剂来变成固态。有机溶剂可以在环境温度下通过蒸发溶剂的方法或加热涂层至适当温度如聚合物的固液转变温度的手段,来得以去除。
制备第一聚合物层的方法,其中该层包含流体状态的热塑性树脂的合成物和纤维增强物,还可以进一步包括对步骤(a)和(b)的重复来增加聚合物层的厚度,前提是在每次浸渍中采用相同的合成物。
当第一聚合物层包括热固性聚合物和纤维增强物时,聚合物可以通过(a’)在包含有热固性聚合物的可固化合成物中浸渍纤维增强物;(b’)对浸渍纤维增强物中的热固性聚合物进行固化。
在制备第一聚合物层的方法之前紧接的步骤(a’)中,纤维增强物浸渍在包含有热固性聚合物的可固化合成物中。纤维增强物和合成物如上文所述。纤维增强物可以利用上文提到的在包含有热塑性聚合物的合成物中浸渍纤维增强物的方法在可固化合成物中进行浸渍。
在制备第一聚合物层的方法之前紧接的步骤(b’)中,浸渍纤维增强物中的热固性聚合物进行固化。可以采用多种方法,包括将浸渍纤维增强物暴露在环境温度或升高的温度中、潮湿或辐射条件下,依用来浸渍纤维增强物的可固化合成物的种类选择,对热固性聚合物进行固化。
举例来讲,当用来浸渍纤维增强物的固化合成物是包含有至少一种平均每分子中具有至少两个与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子的硅树脂的硅氢化-可固化硅树脂合成物时,硅树脂可以在大气压力、亚大气压力或超大气压力下,通过加热浸渍的纤维增强物得以固化。浸渍的纤维增强物 通常在室温(约23±2℃)至250℃之间、或室温至200℃之间,或室温至150℃之间的温度范围内进行加热。增强物的加热时间足够长,以保证硅树脂的固化(交联)。例如,浸渍纤维增强物通常在150-200℃之间加热0.1-3小时。
或者,当用来浸渍纤维增强物的可固化合成物是包含有至少一种平均每分子中具有至少两个与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子的硅树脂的硅氢化-可固化硅树脂合成物时,硅树脂可以在真空下,100-200℃之间,压力为1000-20000Pa,加热0.5-3小时。浸渍的纤维增强物可以采用传统的真空包方法,在真空下进行加热。在通常的操作中,分压剂(如聚酯)用于被涂布的隔离膜上,吸收剂(如尼龙、聚酯)用在分压剂上,配置有真空嘴的真空包膜(如尼龙)用在吸收剂上,所述叠层用胶带封闭起来,对封闭起来的叠层施加真空压(如1000Pa),被抽真空的叠层可以按上文所述进行加热。
制备第一聚合物层的方法,其中该层包括热固性聚合物和纤维增强物,可以进一步包括对步骤(a’)和(b’)的重复来增加聚合物层的厚度,前提是在每次浸渍中采用相同的可固化合成物。
在第一增强硅树脂膜的制备方法的第二步骤中,上述第二聚合物层形成于第一聚合物层上。第二聚合物层可以如上述制备第一聚合物层的方法制备,其中第二聚合物层形成于第一聚合物层上,而非隔离膜上时例外。
制备第一增强硅树脂膜的方法进一步包括将第一聚合物层于隔离膜进行分离。第一聚合物层可以在第二聚合物层形成之前或之后于隔离膜进行分离。此外,第一聚合物层可以通过机械剥离的方法将其从隔离膜上分离。
本发明中的第二增强硅树脂膜包括:
第一聚合物层;
第一聚合物层上的第二聚合物层;以及
至少一个附加的聚合物层,该层至少在第一聚合物层上或第二聚合物层的其中层上;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯基或两个与硅原子相连的氢原子,以及至少一个聚合物层包括碳纳米材料。
第二增强硅树脂膜的第一聚合物层的厚度通常为0.01-1000μm,或5-500μm,或10-100μm.
第二增强硅树脂膜的第一聚合物层可以包含热塑或热固聚合层。热塑和热固聚合层如上对第一加强硅树脂膜所述。
除了热塑性或热固性聚合物,第二增强硅树脂膜的第一聚合物层可以包括碳纳米材料、纤维增强物或它们的混合物,它们各自如上文所述。
第二增强硅树脂膜的第二聚合物层和所述附加聚合物层如第一聚合物层相关内容所述。第二增强硅树脂膜的相邻层之至少在一种物理和化学性能上存在差异,包括厚度、聚合度、交联度、碳纳米材料浓度或添加剂的浓度。
第二增强硅树脂膜通常包括1-100层附加聚合物层,或1-10层附加聚合物层,或2-5层附加聚合物层。
第二增强硅树脂膜的至少一个聚合物层包括至少一个硅树脂的固化产 物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连烯基或与硅原子相连的氢原子、。硅树脂、制备该树脂的方法以及制备硅树脂固化产品的方法,与上文所述的关于本发明第一增强硅树脂膜的制备方法相同。
第二增强硅树脂膜的至少一层聚合物层包括碳纳米材料。碳纳米材料、碳纳米材料的浓度以及制备碳纳米材料的方法,与上文所述的第一增强硅树脂膜相同。
第一聚合物层、第二聚合物层以及附加聚合物层可以按照本发明中下述第二增强硅树脂膜的制备方法进行制备。
第二增强硅树脂膜的制备方法包括:
在隔离膜上形成第一聚合物层;
在第一聚合物层上形成第二聚合物层;以及
在第一聚合物层上或第二聚合物层的至少其中一层上,形成至少一个附加聚合物层;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化物,该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子,以及至少一个聚合物层包括碳纳米材料。
第一聚合物层、第二聚合物层以及附加聚合物层可以按照上文所述的第一增强硅树脂膜的制备方法进行制备。
本发明的增强硅树脂膜通常包括1-99%(w/w),或1-95%(w/w),或30-95%(w/w),或50-95%(w/w)的固化硅树脂。另外,增强硅树脂膜通常的厚度为1-3000μm,或15至500μm,或15至300μm,或20至150μm,或30至125μm。
增强硅树脂膜通常具有柔韧性,可以绕着直径小于或等于3.2毫米的圆筒形钢铁心轴进行弯曲而不折断,这里柔韧性是根据ASTM标准D522-93a,方法B认定的。
增强硅树脂膜具有低的线性热膨胀系数(CTE)、高抗张强度、高模量和高抗热致撕裂性。例如,通常膜的CTE为0-80μm/m℃,或0-20μm/m℃,或2-10μm/m℃,温度从室温(约23±2℃)至200℃。此外,25℃时,通常膜的抗张强度为5-200MPa,或20-200MPa,或50-200MPa。此外,25℃时,增强硅树脂膜通常的杨式模量为0.5-10GPa,或1-6GPa,或3-5GPa。
增强硅树脂膜的透光性依赖于一些因素,如固化的硅树脂的组成、膜的厚度以及增强物的类型和浓度。在电磁色谱的可视区域中,增强硅树脂膜通常透光率(%能见度)为至少5%,或至少10%,或至少15%,或至少20%。
本发明中,增强硅树脂膜具有低的热膨胀系数、高的抗热致撕裂性。
本发明的增强硅树脂膜可应用于要求膜具有高热稳定性、柔韧性、机械强度以及透光性的情况。例如,硅树脂膜可以用作柔性显示器的集成元件、太阳能电池、柔性电路板、触摸式屏幕、防火墙纸以及高强度窗户。该膜还适用于透明或不透明电极的基片。
例子
下列各例子可以更好的说明权利要求书中描述的关于本发明的增强硅树脂膜及其制备方法,但不应认为是对本发明的限制。除另有说明之外, 例子中所有分数及百分数都是按重量计。下列材料用于例子中:
机械性能的测量
杨氏模量、抗张强度和张力应变是采用MTSAlliance RT/5测试架,配有100-N的测压元件测量得到的。杨氏模量、抗张强度和张力应变是在室温下(约23±2℃)利用例6和例7中的样本得到的。
将测试样本安装在两个距离为25mm的气动钳之间,以1毫米/分钟的速度进行拉开。不断采集载荷和间距数据。在载荷-间距曲线的初始阶段的最陡处被认为是杨氏模量。杨氏模量(MPa)、抗张强度(MPa)和张力应变(%)分别为来自相同硅树脂膜的不同哑铃形试样经过三次测量的平均值。
根据下列等式用载荷-间距曲线的最高点用来计算抗张强度:
σ=F/(wb),
其中
σ=抗张强度,MPa
F=最大的力,N
w=试样的宽度,mm
b=试样的厚度,mm。
断裂处的张力应变按照下式近似为测试前后气动钳的距离差除以最初的间距:
ε=100(l2-l1)/l1
其中,
ε=破裂点处的张力应变,%
l2=气动钳最终的间距,mm
l1=气动钳最初的间距,mm。
Pyrograf -III,HHT-19级碳纳米纤维,由Pyrograf Products,Inc.(Cedarville,Ohio)出售,它是经热处理(上至3000℃)的碳纳米纤维,直径为100至200nm,长度为30,000至100,000nm。
硅树脂基体A:含有82%的分子式为(PhSiO3/2)0.75(ViMe2SiO1/2)0.25的硅树脂,其中该树脂的重均分子量约为1700,数均分子量约为1440,且含有1mol%的与硅连接的羟基;以及18%的1,4-二(二甲基甲硅烷基)苯。1,4-二(二甲基甲硅烷基)苯中与硅连接的氢原子与硅树脂中与硅连接的乙烯基的摩尔比为1.1∶1,它是由29Si和13C的核磁共振得到的。
硅树脂基体B含有76%的分子式为(PhSiO3/2)0.75(ViMe2SiO1/2)0.25的硅树脂,其中该树脂的重均分子量约为1700,数均分子量约为1440,且含有1mol%的与硅连接的羟基;9.5%的苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷;以及14.5%的1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷。苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷中与硅连接的氢原子与硅树脂中与硅连接的乙烯基的摩尔比,以及1,1,5,5-四甲基-3,3-二苯基三硅氧烷中与硅连接的氢原子和与硅连接的乙烯基的比均为0.55∶1。它是由29Si和13C的核磁共振得到的。
SDC MP101晶衣树脂,由SDC Technologies,Inc.(Anaheim,CA)出售,它是含有31%(w/w)硅树脂的溶液,主要由MeSiO3/2单元和SiO4/2单元溶解于甲烷、2丙醇、水和醋酸(约1-2%)混合物中。
Dupont Teijin Film(Ho酸乙二醇酯(PET)膜,其中一面上经过脱模剂预处理,便于滑动,厚度为125μm。
玻璃织物为经过热处理的玻璃织物,由厚度为37.5μm的106型平织电玻璃织物,在575℃加热6小时制得。未经处理的玻璃织物来自JPS玻璃(Slater,SC)公司。
例1
该例子所示为化学氧化的碳纳米纤维的制备过程。 碳纳米纤维(2.0克)12.5mL浓缩的硝酸以及37.5mL浓缩的硫酸混合在500mL的三颈瓶中,并配有冷凝器、温度计、涂敷有特富龙的磁铁搅拌棒以及温度控制器。将混合物加热到80℃,并保持该温度3小时。之后将三颈瓶放置在一加仑桶的干冰层上将混合物冷却。将混合物倒入含有尼龙膜(0.8μm)和碳纳米纤维的毕希纳漏斗中,用真空过滤器进行收集。遗留在膜上的纳米纤维经过去离子水反复清洗几次,直至滤出物的pH制等于清洗水的pH值。清洗完最后一次后,碳纳米纤维保留在漏斗中再待15分钟,并不断施加真空。之后纳米纤维由过滤膜支撑,置于100℃的烤箱中1个小时。碳纳米纤维从过滤膜上取下,保存在干燥密封的玻璃罐中。
例2
例1中氧化的碳纳米纤维(0.1克)与硅树脂基体A(9.9克)在玻璃瓶中混合,之后再加入4.0克的庚烷。将瓶子置于超声波清洗器中115分钟。之后把混合物置于离心机中再1500转/分的转速下运行30分钟。浮在上层的物质转移到干净的瓶子中,保持在50℃下的真空(45毫米汞柱)中90分钟,以除去大多数的庚烷。
例3
例1中氧化的碳纳米纤维(0.04克)与硅树脂基体B(20.0克)在玻璃瓶中混合,之后再加入8.0克的庚烷。将瓶子置于超声波清洗器中115分钟。之后把混合物置于离心机中再1500转/分的转速下运行30分钟。浮在上层的物质转移到干净的瓶子中,保持在50℃下的真空(45毫米汞柱)中90分钟,以除去大多数的庚烷。
例4
例2中的硅树脂合成物(4.0克)与0.05克由1,3-二乙烯基-1,1,3,3四甲基二硅氧烷在甲苯中的铂(0)络合物组成的催化剂(其含有1000ppm的铂)进行混合。得到的合成物(2.0克)施加在Melinex 516PET膜(8英寸X11英寸)的经脱模剂处理的表面上。和PET膜具有相同尺寸的玻璃织物小心地覆盖在硅树脂膜上,使合成物有足够时间完全将织物浸润。例2的硅树脂合成物之后均一地施加在植入的纤维上。同样的PET膜施加在涂层的经脱模剂处理的面上,与硅树脂合成物接触。之后将叠层在两个间距为300μm的不锈钢辊轮之间穿过按照如下步骤在烤箱中加热叠层以2℃/min的速度由室温升至80℃,在80℃保持30分钟,以2℃/min的速度由80℃升至160℃,在160℃保持60分钟,以2℃/min的速度由160℃升至200℃,在200℃保持60分钟。烤箱关闭后,硅树脂膜得以冷却至室温。上方PET膜从增强硅树脂膜上分离(剥离),之后从下方的PET膜上分离硅树脂膜。
例5
按照例4的方法,制备增强硅树脂膜,只是例3中的硅树脂合成物被例2中的硅树脂合成物代替。
例6
根据例4所述方法制备的增强硅树脂以5厘米/秒的速度穿过由等体积的1-丁醇稀释的MP101晶衣树脂得到的硅树脂合成物。涂布的膜垂直吊挂在通风橱中,在室温下干燥,之后在空气流通的烤箱中,按下述步骤循环进行:以1℃/min的速度由室温升至75℃,75℃保持1小时,以1℃/min的速度由75℃升至100℃,在100℃保持1小时,以1℃/min的速度由100℃升至125℃,在125℃保持1小时。三层增强硅树脂膜含有厚度约为40μm的中间层、厚度均为1.5μm的两个外层。该增强树脂膜的机械性能见表1。
例7
根据例5所述方法制备的增强硅树脂以5厘米/秒的速度穿过由等体积的1-丁醇稀释的MP101晶衣树脂得到的硅树脂合成物。涂布的膜垂直吊挂在通风橱中,在室温下干燥,之后在空气流通的烤箱中,按下述步骤循环进行:以1℃/min的速度由室温升至75℃,75℃保持1小时,以1℃/min的速度由75℃升至100℃,在100℃保持1小时,以1℃/min的速度由100℃升至125℃,在125℃保持1小时。三层增强硅树脂膜含有厚度约为40μm的中间层、厚度均为1.5μm的两个外层。该增强树脂膜的机械性能见表1。
表1
例子 | 厚度 (mm) | 抗张强度 (MPa) | 杨氏模量 (MPa) | 破裂处的张 力形变(%) |
6 | 0.065 | 53.8±4.0 | 2.57±0.34 | 2.5±0.2 |
7 | 0.05 | 128.5±16.9 | 4.81±0.48 | 3.1±0.2 |
Claims (16)
1.一种增强硅树脂膜,其特征在于由如下构成:
第一聚合物层,和
在第一聚合物层上的第二聚合物层;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化产物,且该硅树脂平均每个分子中具有至少两个与硅原子相连的烯基或与硅原子相连的氢原子,并且至少一个聚合物层包括碳纳米材料,若两个聚合物层都包括硅树脂的固化产物时,两个聚合物层都包括选自(i)碳纳米材料,(ii)纤维增强物以及(iii)包括(i)和(ii)的混合物的增强物。
2.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中第一聚合物层和第二聚合物层的厚度均为0.01至1000μm。
3.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中第一聚合物层和第二聚合物层的至少其中之一包括选自碳纳米材料、纤维增强物及其两者混合物的增强物。
4.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I),其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂平均每分子中含有至少两个与硅连接的烯基。
5.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III),其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,两者均为不含不饱和脂肪族,R5是R1或-H,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂平均每分子中需含至少两个与硅原子相连的氢原子。
6.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂为分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的硅树脂与分子式为R5R1 2SiO(R1R5SiO)cSiR1 2R5(VI)的硅橡胶在硅氢化催化剂存在条件下,以及可选择加入有机溶剂以形成可溶性反应产物的条件下,反应制得的橡胶改性的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基R5是R1或-H,下标c的值为4-1000,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂(I)平均每分子中均含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(VI)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的氢原子,且硅橡胶(VI)中与硅连接的烯基或与硅连接的硅原子与硅树脂(I)中与硅连接 的烯基的摩尔比为0.01∶0.5。
7.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂为分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂与分子式为R1R2 2SiO(R2 2SiO)dSiR2 2R1(VII)的硅橡胶在硅氢化催化剂存在条件下,以及可选择加入有机溶剂以形成可溶性反应产物的条件下,反应制得的橡胶改性的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标d的值为4-1000,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂(III)平均每分子中均含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(VII)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的氢原子,且硅橡胶(VII)中与硅连接的烯基或与硅连接的硅原子与硅树脂(III)中与硅连接的烯基的摩尔比为0.01∶0.5。
8.根据权利要求1所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中至少一个聚合物层包含选自碳纳米颗粒的碳纳米材料、纤维状的碳纳米材料和层状的碳纳米材料。
9.一种增强硅树脂膜,其特征在于包括:
第一聚合物层,和
在第一聚合物层上的第二聚合物层;以及
在第一和第二聚合物层的至少其中之一上的至少一个附加聚合物层;其中至少一个聚合物层包括至少一种硅树脂的固化产物,且该硅树脂平均每分子中含有至少两个与硅连接的烯基或与硅连接的氢原子,以及至少一个包括碳纳米材料的聚合物层。
10.根据权利要求9所述增强硅树脂膜,其特征在于其中第一聚合物层、第二聚合物层以及附加聚合物层的厚度均为0.01至1000μm。
11.根据权利要求9所述增强硅树脂膜,其特征在于其中至少一个聚合物层包括选自碳纳米材料的增强物、纤维增强物以及两者混合物的增强物。
12.根据权利要求9所述增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂的分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I),其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂平均每个分子中均含至少两个与硅原子相连的烯基。
13.根据权利要求9所述增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III),其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R5是R1或-H,w为0-0.95, x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂平均每个分子中均含至少两个与硅原子相连的氢原子。
14.根据权利要求9所述增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂为分子式为(R1R2 2SiO1/2)w(R2 2SiO2/2)x(R2SiO3/2)y(SiO4/2)z(I)的硅树脂与分子式为R5R1 2SiO(R1R5SiO)cSiR1 2R5(VI)的硅橡胶在硅氢化催化剂存在条件下,以及可选择加入有机溶剂以形成可溶性反应产物的条件下,反应制得的橡胶改性的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标c的值为4-1000,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂(I)平均每个分子中均含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(VI)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的氢原子,且硅橡胶(VI)中与硅连接的烯基或与硅连接的硅原子与硅树脂(I)中与硅连接的烯基的摩尔比为0.01∶0.5。
15.根据权利要求9所述增强硅树脂膜,其特征在于其中硅树脂是由分子式为(R1R5 2SiO1/2)w(R5 2SiO2/2)x(R5SiO3/2)y(SiO4/2)z(III)的硅树脂和分子式为R1R2 2SiO(R2 2SiO)dSiR2 2R1(VII)的硅橡胶在硅氢化催化剂存在条件下,以及可选择加入有机溶剂以形成可溶性反应产物的条件下,反应制得的橡胶改性的硅树脂,其中R1为C1-C10的烃基或C1-C10的卤代烃基,均为不含不饱和脂肪族,R2是R1或烯基,R5是R1或-H,下标d的值为4-1000,w为0-0.95,x为0-0.95,y为0-1,z为0-0.95,w+x+y+z=1,y+z为0.05-1,w+x为0-0.95,且硅树脂(III)平均每分子中均含至少两个与硅原子相连的烯基,硅橡胶(VII)平均每个分子中含至少两个与硅原子相连的烯基,且硅橡胶(VII)中与硅连接的烯基或与硅连接的烯基与硅树脂(III)中与硅连接的氢原子的摩尔比为0.01∶0.5。
16.根据权利要求9所述的增强硅树脂膜,其特征在于其中至少一个聚合物层包括选自碳纳米颗粒的碳纳米材料、纤维状碳纳米材料和层状的碳纳米材料。
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