氟化硅氧烷改性环氧树脂的制备与性能分析

任国华

广东顺德三阳化学有限公司   528324

摘要：氟化硅氧烷改性方法是提高环氧树脂性能的有效方法之一。文章以氟化硅氧烷为单体，以甲醇为溶剂，利用水解缩合反应方法，制备了环氧树脂。进而借助傅里叶红外转换光谱、万能试验机，对改性后环氧树脂的性能进行了分析。得出：改性后环氧树脂的力学性能、抗腐蚀性均提升，环氧值稳定，综合性能整体改善。

关键词：氟化硅氧烷；改性环氧树脂；环氧值

前言：近几年，环氧树脂因显著的耐介质性、防潮性、尺寸稳定性、耐温性，在黏结剂、涂料、电子电器密封等领域得到了广泛的应用。但是，由于环氧树脂固化过程中形成高度交联结构的概率较高，存在延展性下降、脆性提高的隐患，而利用氟化硅氧烷改性方法有望解决上述问题。因此，分析氟化硅氧烷改性环氧树脂的制备具有非常突出的现实意义。

1  氟化硅氧烷改性环氧树脂的制备

第一步，准备2－甲基－3－氧杂己基六氟环氧丙烷二聚体、N-（β－氨乙基）-γ－氨丙基三甲氧基硅烷，完成氟化硅氧烷制备。

具体操作时，需要在100mL三口烧瓶内，先后加入2.4g的0.075mol甲醇、2.0g的0.020mol三乙胺，室温下经滴液漏斗将5.0g的2－甲基－3－氧杂己基六氟环氧丙烷二聚体加入三口烧瓶内。加入二聚体后，提高温度到38℃，维持6h[1]。进而降低温度至室温，利用去离子水反复洗涤反应液。在反应液上层、下层澄清后，取下层液体5.0g加入干燥洁净的三口烧瓶内，并加入N-（β－氨乙基）-γ－氨丙基三甲氧基硅烷3.5g，室温下搅拌，持续2h后提高温度到60℃，升温后维持3h，获得淡黄色澄清液体——氟化硅氧烷。

第二步，利用氟化硅氧烷、聚醚氨作为原料，完成环氧树脂双酚A型二缩水甘油醚固化。

具体操作时，需要将双酚A型二缩水甘油醚加热到40℃，先后加入氟化硅氧烷、聚醚氨，降低压力至残余空气均排出，将获得的混合物浇筑到模具内，提高模具温度至70℃，维持4h，达到时间后再次提高温度至90℃，维持2h，达到时间后再次提高温度至110℃，维持1h，获得固化环氧树脂[2]。

2  氟化硅氧烷改性环氧树脂的性能

2.1环氧值

依据《增塑剂环氧值的测定》（GB/T 1677）关于环氧值的测定方法，在盐酸丙酮溶液内溶解样品，利用氢氧化钠标准溶液分别滴定溶解液、盐酸丙酮溶液，得出环氧值E为：

    式－1

式－1中Vo为滴定盐酸丙酮溶液所消耗的氢氧化钠标准溶液体积，mL；V为滴定溶解液所消耗的氢氧化钠标准溶液体积，mL；c为氢氧化钠标准溶液当量浓度，mol/L；m为改性环氧树脂质量，g[3]。代入实验操作数据可知，利用氟化硅氧烷改性方法制备的环氧树脂环氧值在0.40以上，可以用于浇注料领域。

2.2涂层物理性能

利用傅里叶变换红外光谱仪，分别检测固化前改性环氧树脂涂层溶液、固化后改性环氧树脂涂层溶液，在4000-350cm-1光谱范围内，依据0.01cm-1的波数精度、1.24×10-5AU及以下的峰噪声值，对固化阶段基团变换进行分析。

图1 改性环氧树脂涂层固化前后红外光谱

通过对结果进行分析，得出固化前环氧树脂的NH2键在3520cm-1出现N-H伸缩振动，在3400cm-1、1617cm-1位置则分别出现N-H伸缩振动、N-H弯曲振动，在915cm-1位置出现C-O伸缩振动；固化后环氧树脂在915cm-1、3520cm-1、3400cm-1位置的环氧基团均消失，仅在1080cm-1位置出现Si-O-C键吸收峰。因Si-O-C键吸收峰对应的链段结构具有较强的变形能力，可以分散固化应力与冲击力，提升材料断裂性能，可以促使固化阶段环氧基团开环形成固化物的抗冲击强度、断裂伸长率均大于固化前。为验证这一结果，依据《树脂浇铸体性能测试方法》（GB/T 2567）关于室温下涂层断裂伸长率、拉伸强度、冲击强度的测试内容，制备平行样，在模具内浇筑改性后环氧树脂，在Z020万能材料试验机中测试拉伸强度、断裂伸长率与抗冲击强度，得出：经氟化硅氧烷改性方法制备的环氧树脂力学性能显著增加，在氟化硅氧烷添加量达到15%时，改性后环氧树脂涂层拉伸强度、断裂伸长率、抗冲击强度分别较改性前提升86.00%（改性前为7MPa，改性后为50MPa）、11.43%（改性前为7.20%，改性后为18.63%）、58.33%（改性前为10kJ/m2，改性后为24kJ/m2）。

2.3涂层防腐蚀性能

根据《色漆和清漆 漆膜的划格试验》（GB/T 9286-88）中关于划格法测定涂层附着力的内容，以长120mm、宽50mm、厚0.28mm的马口铁板为基底，在处理后马口铁板上附着改性后环氧树脂涂层，固化后选取厚度在85μm~95μm的涂层，浸泡到24.5℃~25.5℃的恒温水浴（测试溶液质量浓度3.5%氯化钠溶液）7天，经去离子水冲洗并借助滤纸快速吸干，按标准划格观察涂层脱落情况，根据涂层脱落情况判定改性环氧树脂湿附着力与防腐蚀性能。

表1 改性环氧树脂湿附着力

	初始涂层完整度/%	初始涂层附着力等级	浸泡后涂层完整度/%	湿附着力等级
未改性	90.2	2	53.8	4
改性后	97.8	1	87.5	2

由表1可知，改性前环氧树脂初始涂层完整度为90.2%，附着力为二级，基本符合国家标准，但湿附着力等级远低于国家标准；改性后环氧树脂初始涂层完整度为97.8%，附着力等级为一级，湿附着力等级为二级。表明经过改性，环氧树脂涂层完整率提高，抗水、氧与盐溶液腐蚀性能提升，可以应用到海洋性、油气等强腐蚀环境中。

总结：

综上所述，利用2－甲基－3－氧杂己基六氟环氧丙烷二聚体、N-（β－氨乙基）-γ－氨丙基三甲氧基硅烷可以制作氟化硅氧烷。后经氟化硅氧烷、聚醚氨反应，可以制备改性环氧树脂。利用氟化硅氧烷改性后的环氧树脂环氧值升高，物理性能提升，防腐蚀性能提升，可以满足环氧树脂大范围应用需求。

参考文献：

[1]罗琴琴，谢颖敏，林文锭，张键，叶志豪，孙玉林.基于DOPO-OH和硅氧烷改性LDH的制备及其阻燃环氧树脂[J].塑料，2019,48(06):15-19.

[2]李艳秋，张德震，陆士平.聚硅氧烷固化改性环氧树脂[J].材料科学与工程学报，2022,40(03):473-477.

[3]张宇，孙煜.多面体低聚倍半硅氧烷改性环氧树脂耐原子氧性能研究[J].化工新型材料，2022,50(04):176-179.