球形硅树脂的制备及简单工艺

球形硅树脂的制备及简单工艺生产的研究球形硅树脂的制备及简单工艺生产的研究 摘要 摘要 通过简单的有机硅单体甲基三甲氧硅烷为原料 水解 缩合制备了粒径 分布均匀 球形度规则的一类球形的固体白色粉末 并且通过不同的温度 水 解比 氨水含量等影响因素来控制其粒径大小分布 所使用的方法控制简易 操作简单 且对工艺生产的条件要求较低 具有大量的市场前景 关键词 甲基三甲氧硅烷 白色粉末 关键词 甲基三甲氧硅烷 白色粉末 粒径分布 工艺生产 粒径分布 工艺生产 Study of Preparation and Simply Production Technology of Silicone Resin Powder Abstarct A spherical solid white powder which was uniform distribution of partical size and the sphericity was rules was made by a simply silicone monomer called Methyltrimethoxysilane through by hydrolysis and condensation And the particle size could be controlled by the different temperature the ratio of hydrolysis and the content of Ammonia and so on The method was controlled easily and operated simplicity it was low requirement for production technology and with a lager number of market prospects Keywords Methyltrimethoxysilane A Spherical Solid White Powder Particle Size Production Technology 0 前言前言 有机硅材料具有许多独特的性能 用途十分广泛 已成为人们生活与各 个经济领域中所必须的材料 并且对相关其它领域的发展也至关重要 1 享有 工业味精 科技发展催化剂 等美誉的有机硅是一种人工合成 结构以硅原子 与氧原子为主链的高聚物 由于其本身特有的性能 因此使其具备了很多优异 的性能 近几年 有着长期稳定的发展 2 球形硅树脂微粉是一类真球形 粒径分布均匀的固体粉末 其化学结构 为不溶 不熔的三官能团成分致密交联所得的固化树脂 通常由有机硅氧烷制 得 3 具有优异的耐水性 滑爽性 润滑性以及光扩散性 因此可以作为添加 剂 增加涂料 油墨的润滑性 分散性及疏水性 4 并且通过与 PC 聚苯乙烯 丙烯酸等树脂的结合赋予其优异的光扩散性 同样也可以通过添加到喷涂中赋 予膜的光扩散性 5 8 本文作者通过简单常见的单体甲基三甲氧硅烷水解 缩合制备了不同规 格 粒径分布均匀的球形硅树脂 并且对其生产工艺进行了简单的条件摸索 具有一定的研究开发意义 1 试样制备及简单工艺试样制备及简单工艺 1 1试样制备试样制备 甲基三甲氧硅烷 纯度 99 外购 去离子水 自制 甲酸 分析纯 西 陇化工股份有限公司 氨水 25 分析纯 广州市金华大化学试剂有限公司 下图 1 所示为球形硅树脂的制备过程 在四口烧瓶中加入一定量的酸水打底 搅拌混合均匀 按等当量摩尔比加 入甲基三甲氧硅烷 水解一个小时后 将水解液加入到一定量的碱水溶液中 搅拌均匀 直至溶液变浑后 停止搅拌 一个小时后取样得分布均匀的白色球 状粉末 如图 2 所示为不同规格的球形硅树脂的 SEM 图片 Si OCH3 OCH3 OCH3H3C H H2O Si OH OH OHH3C OH Si CH3 O OOSi Si CH3 O O SiO CH3CH3 OO n 图 1 球形硅树脂的制备过程 Fig 1 The preparation process of silicone resin powder a 1 m b 2 m c 3 m 图 2 不同规格的球形硅树脂的粒径分布情况 Fig 2 The particle size of different specifications of silicone resin powder 图 2 中可以看出 所制得的球形硅树脂球形度规则 粒径分布 均匀 说明通过此种方法所制备的球形硅树脂方法教合理 性能优 异 1 2球形硅树脂的简单工艺过程球形硅树脂的简单工艺过程 图 3 所示为球形硅树脂的简单工艺流程示意图 水解过程之前 为避免水 解时水温较高 发生交联 应该将釜中打底酸水冷却至 10 C 左右 控制水解温 度在 40 C 左右 水解一个小时后 将水解料放入缩合釡中 缩合釡中的去离子 水与碱应充分混匀 快速搅拌至溶液开始变浑后停止搅拌 静置熟化 4 个小时 后 升温至 100 C 左右熟化 3 个小时 开搅拌冷却至 50 C 左右 压 压 压压 压 压 压 压干 干 图 3 球形硅树脂的简单工艺流程 Fig 3 The process flow of silicone resin powder 将冷却好的料通过压滤水洗至中性后 将所得球形硅树脂滤饼放入烘干釜 进行烘干 烘干至含水率 1 后 合格包装库存 2 影响因子结果讨论影响因子结果讨论 粒径大小为 2 微米的球形硅树脂在 LED 涂料 光扩散剂等领域有着重 要的作用 球形硅树脂由于其自身三个官能团的缩合而成 因此其粒径大小 规则度受很多条件因素影响 本文将通过以下几点来分析一些因素对粒径的影 响 2 1 水解酸水浓度水解酸水浓度 表 1 所示为不同酸水浓度对粒径的影响 从表中可以看出 水解时的酸浓 度对粒径的大小的影响较明显 水解酸浓度为 5000ppm 1000ppm 500ppm 以 及 100ppm 树脂粒径逐渐变小 且粒径分布变窄 所以预水解部分水解的酸值 定在 100ppm 水解酸浓度越大 缩合时就要将过量的碱将酸中和 产生比较多 的盐 体系中过多的盐有可能是导致粒径均匀程度不好 偏差比较大的原因 也有可能是酸比较大 水解时的缩合度比较高 在水体系中的分散性不好 导 致粒径比较大 表 1 水解酸水浓度对粒径的影响 Table 1 The influences of the concentration of acid 水解酸水浓度水解酸水浓度碱含量碱含量粒径粒径 0 5 0 85 5 15 微米 不均匀 0 1 0 85 5 8 微米 不均匀 0 05 0 85 2 5 微米 不均匀 0 01 0 85 2 微米 2 2 水解温度对粒径的影响水解温度对粒径的影响 在所有条件相同情况下 改变水解时的温度 结果如图 4 所示 从下图中 可以看出 随着水解温度的变化 球形硅树脂的粒径也存在相应较大的变化 随着水解温度的升高而增大 并且当水解温度达到 50 C 的时候 所得粒径分布 不均匀 说明水解温度对球形硅树脂的粒径有一定的影响 1020304050 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 Particle size m Temperature 图 4 不同水解温度对粒径的影响 Fig 4 The influences of different temperature of hydrolysis 2 3 碱含量碱含量 硅醇在碱性条件下极易发生缩合 因此碱含量对所制备的球形硅树脂的影 响很大 下图 5 所示为在缩合过程中 不同碱的含量对粒径分布的影响 下图 可以看出 随着碱浓度的增加 球形树脂的粒径减小的较为明显 且在所有碱 浓度条件下 所制备的球形硅树脂的粒径分布均匀 球规则度教好 因此 在 工艺生产过程中 对于生产不同粒径大小的球形硅树脂 通过改变缩合过程中 碱的浓度 能够很好的达到这一目的 0 40 60 81 01 21 41 6 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0 Particle size m The content of alkali 图 5 不同碱含量对粒径的影响 Fig 5 The influences of different content of alkali 2 4 缩合温度缩合温度 在缩合过程中 随着缩合温度的变化 同样会对球形树脂的粒径产生一 定的变化 如图 6 所示为不同缩合温度对粒径的影响 20253035404550556065 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 Particle size m Temperature 图 6 不同缩合温度对粒径的影响 Fig 6 The influences of different Condensation temperature 图 6 可以看出 随着缩合温度的升高 粉体的粒径会随着减小 但是当温 度升到 50 C 的时候 粒径的变化很小 此时温度的升高只能加速分子之间的缩 合 但是对于粒径的影响不是很大 因此在一定温度范围下 球形硅树脂的粒 径会随着缩合温度的增加而粒径减小 综上所述 需要制备 2 微米的球形硅树脂 应该分别从以上几个方面来 确定方案 3 结论结论 1 通过此种方法所制备的球形硅树脂 粒径分布均匀 球形度规则 较易 控制 2 生产 2 微米的球形硅树脂的条件是 酸浓度在 100ppm 水解温度控制在 40 度左右 另外缩合温度以及缩合过程的碱含量分别为 30 度与 0 85 参考文献参考文献 1 黄文润 硅烷偶联剂及硅树脂 M 四川科学技术出版社 2009 2 李汉堂 有机硅材料的发展及其应用 J 有机硅材料 2006 20 4 212 217 3 黄文润 球形硅树脂微粉 J 有机硅材料 2007 21 5 294 299 4 Richard G Jones Wataru Ando Julian Chojnowski Silicon Containing Polymers M Kluwer Academic Publishers 2000 5 张楠 唐振方 栗万里 等 光扩散剂聚合物导光板的材料参数设计 J 光散 射学报 2007 19 1 55 56 6 Minoru I Itsuo T Kazuo N Light scattering material US P 1988 04 28 7 B