有机硅改性咪唑固化剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及机械技术领域，更具体地说，本发明涉及一种有机硅改性咪唑固化剂及其制备方法。


背景技术：

2.环氧树脂作为一种重要的树脂基体，以其良好的力学性能被广泛应用于涂料、电气绝缘、胶粘剂和复合材料等行业。同时，固化剂是缩短环氧树脂在几分钟内固化速度的关键成分，提高了生产效率和批量生产。环氧树脂固化剂的种类主要有酚类、酸酐、羧酸、胺、咪唑等。由于咪唑固化剂用量少，固化活性高，毒性低，固化产物具有良好的热稳定性,因此被广泛地用作环氧树脂固化剂，然而，咪唑固有的高固化活性会使环氧树脂在室温下较短时间内就能发生反应，形成固化交联网络。所以这就要求将环氧树脂和咪唑类固化剂分别包装、贮存、运输，但与之而来的还有自动化生产困难、产品质量不稳定等弊端。因此,开发一种具有良好的常温贮存稳定性的环氧树脂潜伏型固化剂，是扩大环氧树脂应用范围的一个重要途径。
3.咪唑及其衍生物在作为固化剂时可赋予环氧树脂优异的绝缘性能，在环氧树脂的电子领域固化剂中广泛应用。但大部分单组分体系的固化物多存在耐冲击性能差，耐热不足等问题，限制了进一步的应用。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种有机硅改性咪唑固化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种有机硅改性咪唑固化剂，所述有机硅改性咪唑固化剂由于在咪唑的1号位上引入有机硅基团，在侧链产生了位阻，降低了其在低温条件下的反应活性，从而可以有效的提高咪唑固化剂在潜伏期的稳定性。同时，柔软的有机硅具有低表面能和良好绝缘性等优势，可赋予环氧树脂固化物优异的疏水性、介电性和柔韧性，进一步扩展环氧树脂在电子领域的应用。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供一下技术方案：
7.本发明提供了一种有机硅改性咪唑固化剂，其结构式如式ⅰ所示：
[0008][0009]
本发明技术方案所述的有机硅改性咪唑固化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]
(1)将咪唑和缚酸剂溶于有机溶剂中，向体系内滴加二甲基氯硅烷进行取代反应，滴加结束后继续搅拌完成反应。
[0011]
(2)过滤除去生成的盐后，减压蒸馏回收有机溶剂，即可得到有机硅改性咪唑固化剂。
[0012]
优选地，所述的反应温度为20-60℃。
[0013]
优选地，反应时间为0.5-3小时。
[0014]
优选地，所述的有机溶剂为二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃或环己烷的一种。
[0015]
优选地，所述的缚酸剂为三乙胺、咪唑的一种。
[0016]
优选地，咪唑、缚酸剂和二甲基苯基氯硅烷的摩尔比为1:1:1-1.1。
[0017]
本发明提供了一种有机硅改性咪唑固化剂，可降低咪唑类固化剂其在低温条件下的反应活性，从而可以有效的提高咪唑固化剂在潜伏期的稳定性。
[0018]
进一步地，通过在环氧树脂体系里引入了柔软的有机硅结构，同时有机硅具有低表面能和良好绝缘性等优势，可赋予环氧树脂固化物优异的疏水性、介电性和柔韧性，进一步扩展环氧树脂在电子领域的应用。
[0019]
本发明技术方案之二：提供一种根据上述制备方法制得的有机硅改性咪唑固化剂。
[0020]
本发明技术方案之三：提供一种上述有机硅改性咪唑固化剂在环氧树脂固化剂中的应用。
[0021]
本发明的技术效果和优点：
[0022]
1、与现有技术相比，本发明制备的有机硅改性咪唑，由于在咪唑的1号位上引入有机硅基团，在侧链产生了位阻，降低了其在低温条件下的反应活性，从而可以有效的提高咪唑固化剂在潜伏期的稳定性。
[0023]
2、与现有技术相比，本发明制备的有机硅改性咪唑用于环氧树脂固化时，柔软的有机硅具有低表面能和良好绝缘性等优势，可赋予环氧树脂固化物优异的疏水性、介电性和柔韧性，进一步扩展环氧树脂在电子领域的应用。
附图说明
[0024]
图1为本发明有机硅改性咪唑固化剂的核磁氢谱图。
[0025]
图2为本发明固化物的热失重曲线示意图。
[0026]
图3为本发明固化物的接触角实验结果示意图。
具体实施方式
[0027]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028]
根据如附图1-3所示的基础上，一种有机硅改性咪唑固化剂及其制备方法具体实施方式如下：
[0029]
首先，要说明的是：本发明以下实施例及效果验证中所用各原料均为市售产品。
[0030]
实施例1
[0031]
将2.0mol(132g)的咪唑溶于200ml甲苯中，加入三口烧瓶中，氮气置换后，升温至50℃，再通过恒压滴液漏斗在搅拌条件下滴加1mol(170.7g)二甲基苯基氯硅烷，保温3h后，过滤除盐。减压蒸馏回收甲苯，即得有机硅改性咪唑固化剂。
[0032]
实施例2
[0033]
将1.0mol(68g)的咪唑和1.05mol(106.3g)三乙胺溶于200ml二氯甲烷中，加入三
口烧瓶中，氮气置换后，再通过恒压滴液漏斗在搅拌条件下滴加1mol(170.7g)二甲基苯基氯硅烷，保温3h后，过滤除盐。减压蒸馏回收溶剂，即得有机硅改性咪唑固化剂。
[0034]
实施例3
[0035]
将2.0mol(132g)的咪唑和溶于100ml四氢呋喃中，加入三口烧瓶中，氮气置换后，再通过恒压滴液漏斗在搅拌条件下滴加1mol(170.7g)二甲基苯基氯硅烷，保温3h后，过滤除盐。减压蒸馏回收溶剂，即得有机硅改性咪唑固化剂。
[0036]
效果验证：
[0037]
在100g的双酚a环氧树脂(环氧值＝0.51eq/100g)中，分别掺入5g有机硅改性咪唑固化剂。以掺入5g咪唑的方案作对照组，搅拌均匀后，真空脱去气泡，然后倒入模具中，按照150h/2h的固化工艺进行固化，即可得到固化物mz/dgeba和si-mz/dgeba，再进行以下试验。
[0038]
(1)将固化物mz/dgeba和si-mz/dgeba分别放入热失重分析仪中，并在氮气保护下，以10℃/min的速度升温至600℃，试验结果如图2所示；
[0039]
其中，图2为mz/dgeba和si-mz/dgeba的热失重曲线图；
[0040]
由图2可知，此外，si-mz可有效提高固化物的热稳定性，特别是残炭率有较为显著的提升，这是由于si-o键键能较大，热稳定性更高，同时可在热解过程中生成含硅的交联网络，进一步提高碳层在高温下的稳定性。
[0041]
(2)将固化物mz/dgeba和si-mz/dgeba进行接触角的分析，溶剂为水，滴加量为10μl，结果如图3所示：
[0042]
其中，附图3为本发明固化物的接触角实验结果示意图。
[0043]
在根据上述的基础上，有机硅的表面能较低，在引入环氧树脂结构后可有效提升固化物的疏水性，相较于未改性的环氧固化物，固化物的疏水性能得到了明显的提升。
[0044]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0045]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。