关注:442 发表时间:2024/02/29
来源:四极高分子材料
有机硅的反应就两种,一个是硅氢加成,一个是硅氧烷缩合。所以对应的硅胶体系,也就称为加成型硅胶和缩合型硅胶。
硅氢加成的反应
这个反应非常简单,就是和硅直接相连的氢原子,跟乙烯基在铂金的催化下加成,然后乙烯基接到Si上面。
这里的铂金,最常用的氯铂酸,用量非常低,反应釜里做反应的时候往往是20ppm以下的用量,做胶粘剂的时候一般也不会超过100ppm。一方面是因为这东西活性很高,而另一方面是因为贵……氯铂酸这东西的价格倒是挺稳定,十几年了一直就是180左右一克,100ppm就是万分之一,也就是10kg里加1g,也就是1kg的胶里面催化剂就18块钱,基本和1kg硅油的价格差不多了。
除了直接用氯铂酸,还可以把铂做成有机铂,这样溶解性和活性都会提高很多。要不然就只能把氯铂酸溶到小分子醇里,然后再用非极性溶剂继续稀释到几千ppm之后再用。
这个反应很让人头疼地方的在于,铂金催化剂太容易中毒了,遇到氮不行、硫不行、磷不行、重金属不行,助焊剂也不行,有的时候甚至基材表面被出汗的手摸一把都不行,经常因为各种稀奇古怪的原因就不固化了,所以很多时候为了避免中毒只能提高铂金的用量。
硅氢加成这个反应,可以用到有机硅灌封胶里,也可以用到加成型的硅橡胶里,除此之外,主要是为了合成各种有机硅的原料,比如常见的各种偶联剂,都是硅氢跟不同的烯丙基原料反应得到的。再一个就是各种聚醚改性硅油,用的也是带双键的聚醚做硅氢加成,把聚醚接到硅油上面,作为流平剂、润湿剂来使用。
且硅氢加成的反应,有一个很奇葩的地方就是,硅氢在Pt的催化下,自己能和自己反应,放出氢气。用双组份胶的语言来说,就是B组分不但能和加了催化剂的A组分反应,B组分遇到催化剂自己也会反应。所以设计这个配方的时候,有时候为了追求伸长率或者固化速度,硅氢的含量一旦放多了,很容易把自己带坑里。
缩合反应
即偶联剂处理填料的反应,但是右边不一定非要是矿物填料上的氢氧根,也可以是有机硅当中的硅羟基。这个反应同样是缩合型硅胶的核心反应,常见的10:1缩合型硅胶,A组分是羟基硅油(硅油的结构下一篇再详细讲),B组分是T和Q结构的硅氧烷,混合之后脱去一个小分子,最常见的是甲醇或者乙醇,然后交联固化。
但缩合型有机硅最常见的是单组分,也就是平时见到的玻璃密封胶。原理是先把体系里所有的硅羟基都转化成硅氧烷,相当于把体系变成一个分子量超大、官能度超高的偶联剂。然后在接触到湿气的情况下,一部分硅氧烷转化成硅羟基,然后硅羟基再和其他的硅氧烷缩合变成Si-O-Si键。
单组分的环氧和UV,用的都是潜伏性固化剂;但是湿气固化的有机硅和PU,靠的是官能团的转化。
举个类似的例子:
双组份体系,就好比把男女分开隔离,需要的时候放到一起繁衍后代;
单组分环氧和UV,好比男女混合居住,但把其中一个性别严格控制起来,需要的时候把控制去掉,然后繁衍后代;
而湿气固化的有机硅和PU,则类似小丑鱼,全都是男人,需要的时候让一部分男人变成女人,不是金星那种,然后再繁衍后代。
另外比较有意思的是有机硅缩合反应的催化剂,一般用的是胺类、有机锡和钛酸酯,没错,跟酯化反应里用的催化剂一模一样。
硅油的聚合
前面说的这两个都是有机硅里官能团的反应,但是最常用的硅油,合成的时候却不涉及到这两个反应,而是一个更奇葩的过程。
硅油的结构一般这样,里面重复的n是怎么来的呢?
一般的聚合物,要么是交替共聚,不管是线性结构还是交联结构,不管是加成还是缩合。比如3个A和2个B反应,得到ABABA这么个结构,类似聚酯、尼龙66、聚氨酯、环氧-胺/酸酐、UV树脂等。
要么是开环聚合,比如1个A和4个B反应,得到ABBBB。如果A是2官,也就是AA,和4个B反应,得到的结构是BBAABB,类似聚醚、聚己内酯、尼龙6等。
而硅油的聚合,虽然也是开环聚合,假如还是1个AA和4个B反应,产物的结构则是,ABBBBA……也就是,单体往中间接。
所以,同样是开环聚合,AA在常规体系里叫起始剂,而在硅油的合成里则叫封头剂。
所以如果A和B上面带有某些官能团的话,就能合成官能团在不同位置的硅油。
严格来说,聚丙烯酸酯的结构也是ABBBBA,但是常规的自由基聚合,一般分子量比较大,第二个A很难接上去(也就是默认为结构为ABBBB)。另外聚丙烯酸酯的性能主要靠侧链的酯键,很少关注引发剂的结构(也就是干脆认为结构为BBBB)。