高折射率有機硅樹脂體系設(shè)計、制備及性能研究.pdf

1、有機硅材料因其優(yōu)異性能（包括耐高低溫性、耐候性疏水性和電器絕緣性）而被廣泛的應(yīng)用在航天航空、建筑和電子電器電子等領(lǐng)域。近年來，隨著新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和電子行業(yè)封裝技術(shù)的進步，對有機硅封裝材料的性能提出了新的要求，其中提高折射率就是其中一個重要的方面，本論文立足于不同結(jié)構(gòu)高折射率硅樹脂制備，研究不同分子結(jié)構(gòu)對硅氫反應(yīng)影響，同時引入一些新的固化方式（如巰基-雙鍵點擊反應(yīng)，UV/熱雙固化反應(yīng)），一方面擴展傳統(tǒng)硅樹脂固化方式，另一方面可以改善有機硅材

2、料性能缺陷。本文具體工作如下:
　　1.采用水解縮合的方法制備三種不同分子結(jié)構(gòu)的硅樹脂，用紅外光譜、核磁共振等對其結(jié)構(gòu)進行表征。研究了硅樹脂中不同側(cè)基基團對折射率和粘流活化能影響，側(cè)基甲基被苯基取代，可以使得折射率從1.41增加到1.55，粘流活化能從32增加到78kJmol-1。采用非等溫DSC分析手段，研究了不同分子結(jié)構(gòu)乙烯基聚硅氧烷對硅氫反應(yīng)活性影響。同時結(jié)合Kissinger、FWO、和Arrhenius方程，計算出不同體

3、系的反應(yīng)活化能、頻率因子和反應(yīng)速率常數(shù)。結(jié)果表明，硅氫反應(yīng)過程中，反應(yīng)物活性受到空間位阻、吸推電子效應(yīng)和共軛效應(yīng)共同影響。采用DMA、TMA、XRD和TG等手段研究結(jié)構(gòu)對固化物性能影響，隨著硅樹脂中側(cè)基體積增大，固化物的玻璃化溫度增加，交聯(lián)密度和熱膨脹系數(shù)降低，分子鏈間距離增加，耐熱性提高。
　　2.采用非等溫DSC和實時紅外相結(jié)合方法，研究不同交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)對硅氫加成反應(yīng)活性影響。結(jié)合了Vyazovkin和Arrhenius方程，計

4、算出非等溫條件下活化能與轉(zhuǎn)化率間關(guān)系;采用朗伯比爾定律，計算出等溫條件下Si-H基團轉(zhuǎn)化率隨時間變化關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)表明支化端氫TPHS(Ea=62 kJ mol-1，α=0.8)比線性側(cè)氫LPHS(Ea=78kJ mol-1,α=0.6)具有更低反應(yīng)活化能、更高轉(zhuǎn)化率。采用DMA、TMA、XRD、TG、UV-vis和阻抗分析儀等手段對固化物性能進行研究。結(jié)果表明: TPHS固化體系具有更好透光率，低介電常數(shù)和穩(wěn)定介電損耗，更高的玻璃化轉(zhuǎn)

5、變溫度和交聯(lián)密度，但TPHS的耐熱性不如LPHS體系。
　　3.采用非水解溶膠凝膠法制備一系列高折射率透明鈦雜化硅樹脂，用紅外、核磁、拉曼光譜、MALDI-TOF、小角X射線散射(SAXS)等手段對其縮合反應(yīng)、分子結(jié)構(gòu)、分子量和分子尺寸表征。鈦元素以Si-O-Ti化學(xué)鍵形式引入到有機硅主鏈中，不同鈦含量的固化物在可見光區(qū)域顯示較高透光率(＞85％)。隨著鈦酸酯(TPT)含量增加，雜化樹脂的折射率呈線性變化（由1.57變化到1.62

6、），雜化樹脂的分子量和分子尺寸也得到提高，硅樹脂的縮合度由91％增加到96％;固化物表面接觸角降低（從101°降到96°），表面粗糙度變化不明顯，介電常數(shù)出現(xiàn)明顯增加(～3.9/1MHz)，玻璃化溫度也得到提高(從42.5℃到54℃)，耐熱性先降低后增加。
　　4.采用實時紅外跟蹤手段，研究不同類型雙鍵結(jié)構(gòu)硅樹脂對巰基/雙鍵反應(yīng)活性影響。以朗伯比爾定律為基礎(chǔ)，計算出不同固化體系中巰基轉(zhuǎn)化率與UV輻射時間關(guān)系。結(jié)果表明硅樹脂中雙鍵上

7、電子云密度增加，可以提高反應(yīng)活性和固化物中凝膠含量。采用UV-vis、DMA、XRD和TGA等手段對不同硅樹脂固化物性能進行研究，結(jié)果表明:所有固化物在可見光區(qū)域無色透明，透光率均大于80％，并且具有較大介電常數(shù)(＞4);P4/L1固化物具有較大的玻璃化溫度、交聯(lián)密度和熱膨脹系數(shù)、較短分子鏈間距離，但P2/L1體系耐熱性較好。
　　5.制備以一種分子結(jié)構(gòu)上帶有環(huán)氧基和乙烯基硅樹脂，并對其結(jié)構(gòu)進行表征。該樹脂在光潛堿引發(fā)劑作用下經(jīng)歷

8、巰基/雙鍵UV預(yù)固化反應(yīng)和光潛堿分解得到叔胺促進環(huán)氧基與酸酐間后固化反應(yīng)。采用紅外跟蹤、DMA、TG等手段，考察了UV交聯(lián)劑結(jié)構(gòu)對巰基轉(zhuǎn)化率和性能影響。P6/L1體系在轉(zhuǎn)化率、凝膠含量、交聯(lián)密度和耐熱性均高于P6/L2體系，而在玻璃化溫度、分子鏈間距離和透光率等方面差異比較小，而P6/L2體系在介電性能和力學(xué)性能方面優(yōu)于P6/L1。通過環(huán)氧與酸酐間后固化反應(yīng)，使得固化物性能得到改善，固化物凝膠含量由85％增加到95％，玻璃化溫度由-17