有机硅改性硼酚醛树脂的研制

doi:10.7503/cjcu20160662

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (12): 2284.doi: 10.7503/cjcu20160662

有机硅改性硼酚醛树脂的研制

郭安儒¹, 李杰¹, 刘畅², 肖德海²()

1. 航天材料及工艺研究所, 北京 100076
2. 中国科学院长春应用化学研究所, 长春 130022

收稿日期:2016-09-21 出版日期:2016-12-10 发布日期:2016-11-15
作者简介:联系人简介: 肖德海, 男, 助理研究员, 主要从事耐高温黏合剂研究. E-mail:dhxiao@ciac.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21404100)资助

Research on Silicone-modified Boric Phenolic Resin^†

GUO Anru¹, LI Jie¹, LIU Chang², XIAO Dehai^2,^*()

1. Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China
2. Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China

Received:2016-09-21 Online:2016-12-10 Published:2016-11-15
Contact: XIAO Dehai E-mail:dhxiao@ciac.ac.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21404100)

摘要/Abstract

摘要：

通过Williamson醚合成、 Claisen重排及硅氢化反应得到邻羟基苯丙基硅油(Si-phenol), 将其与苯酚混合, 采用硼酸酯法合成有机硅改性硼酚醛树脂(SBPF). 利用 ¹H NMR和FTIR技术对其结构进行分析, 采用热重分析(TGA)、剪切测试、拉伸测试以及冲击测试等手段对其耐热能和力学性能进行表征. 考察了Si-phenol的含量对树脂各项性能的影响, 并研究其作用机理. 结果表明, 合成的有机硅改性硼酚醛树脂具有良好的耐热性, 适量硅氧烷链段的引入可以改善树脂的黏接性能, 提高其力学强度.

关键词: 酚醛树脂, 硅改性, 硼酸, 耐热性, 力学性能

Abstract:

(2-Hydroxyphenyl)propyl silicone oil(Si-phenol) was obtained via Williamson ether synthesis, Claisen rearrangement, and hydrosilylation, and then was mixed with phenol. The silicone-modified boric phenolic resin(SBPF) was synthesized via borate esterifieation. The structure of SBPF was analyzed by means of ¹H NMR and FTIR, and the heat-resistance and mechanical performances of SBPF were characterized by TGA, shearing test, tensile test, and impact test. The effects of Si-phenol content on various performances of SBPF were investigated, and the mechanisms were researched. The result shows that the synthesized resin has good heat-resistance, and the introduction of appropriate proportion siloxane segments could improve its adhesive property and enhance its mechanical strength.

Key words: Phenolic resin, Silicon modification, Boric acid, Heat-resistance, Mechanical performance

TrendMD:

郭安儒, 李杰, 刘畅, 肖德海. 有机硅改性硼酚醛树脂的研制. 高等学校化学学报, 2016, 37(12): 2284.

GUO Anru, LI Jie, LIU Chang, XIAO Dehai. Research on Silicone-modified Boric Phenolic Resin^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(12): 2284.

图/表 9

Scheme 1 Synthetic route of Si-phenol(5)

Table1 Reaction ratio of SBPF with different Si-phenol contents*

Sample	Content(%)
Sample	Phenol	Si-phenol	Boron	POM
BPF	100.00	0	21.71	47.87
SBPF-05	95.00	5.00	20.65	45.55
SBPF-10	90.00	10.00	19.60	43.24
SBPF-15	85.00	15.00	18.55	40.92
SBPF-20	80.00	20.00	17.50	38.60
SBPF-25	75.00	25.00	16.45	36.28
SBPF-30	70.00	30.00	15.40	33.96

Fig.1 IR spectrum of Si-phenol(5)

Fig.2 IR spectra of BPF(a) and SBPF(b)

Fig.3 TGA curves of SBPF(a), BPF(b) and PF(c)

Fig.4 Char yield of SBPF with different Si-phenol contents at 800 ℃

Table 2 Char yields and mechanical properties of SBPF with different Si-phenol contentsa

Sample	Char yield at 800 ℃(%)	σ_S/MPa		σ_T/MPa	α/(kJ·m^-2)
Sample	Char yield at 800 ℃(%)	r. t.		σ_T/MPa	200 ℃
BPF	79.5	6.13	5.86	0.97	<0.1^b
SBPF-05	57.7	6.12	5.45	1.06	0.35
SBPF-10	65.2	6.17	5.16	1.17	0.81
SBPF-15	56.7	6.01	5.14	1.15	0.82
SBPF-20	56.4	6.09	4.89	1.01	0.76
SBPF-25	52.7	5.58	3.27	0.95	0.52
SBPF-30	33.7	4.22	1.59	0.88	0.39
PF	43.8	3.95	$c$	0.90	<0.1^b

Table 2 Char yields and mechanical properties of SBPF with different Si-phenol contentsa

Sample	Char yield at 800 ℃(%)	σ_S/MPa		σ_T/MPa	α/(kJ·m^-2)
Sample	Char yield at 800 ℃(%)	r. t.		σ_T/MPa	200 ℃
BPF	79.5	6.13	5.86	0.97	<0.1^b
SBPF-05	57.7	6.12	5.45	1.06	0.35
SBPF-10	65.2	6.17	5.16	1.17	0.81
SBPF-15	56.7	6.01	5.14	1.15	0.82
SBPF-20	56.4	6.09	4.89	1.01	0.76
SBPF-25	52.7	5.58	3.27	0.95	0.52
SBPF-30	33.7	4.22	1.59	0.88	0.39
PF	43.8	3.95	$c$	0.90	<0.1^b

Fig.5 Shear strengths of SBPF with different Si-phenol contents at room temperature(a) and 200 ℃(b)

Fig.6 Impact strengths(A) and tensile strengths(B) of SBPF with different Si-phenol contents

参考文献 12

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