一.矽膠材料的分類
矽橡膠(Silicone Rubber),簡稱矽膠,是指主鏈由矽原子和氧原子交替構成,分子側鏈連有甲基、苯基等有機基團的高分子聚合物材料。矽膠材料整個分子鏈具有機無機的特殊結構,兩者結合使其兼具有機和無機材料的雙重優點,具有優異的耐高低溫、耐候、抗電弧、電氣絕緣以及生理惰性等特性。
有機矽膠材料的化學結構
矽膠材料按照其產品形態及固化機理,可分為如下所示的幾種類型:
矽膠按照其固化溫度,可以分為高溫固化矽膠(HTV)和室溫固化矽膠(RTV);按照產品形態及混配方式,可以分為混煉型矽膠和液體矽膠;按照其交聯反應機理,又可以分為縮合反應型、加成反應型以及有機過氧化物引發型。接下來依據反應類型,簡單介紹一下矽膠材料。
1. 縮合反應型矽膠
縮合反應型矽膠,一般是以端羥基聚矽氧烷為基礎聚合物,多官能矽烷或矽氧烷為交聯劑,在催化劑作用下,室溫下遇水汽或混勻即可發生縮合反應,形成三維網絡彈性體。縮合反應型矽膠的基本組成及化學功能如下所示。
以脫醇型室溫固化膠為例,其固化機理為:羥基封端矽油與交聯劑進行預縮聚(形成烷氧基封端),預聚物接觸空氣中的水分後,活性基團部分水解生成矽羥基,此矽羥基與尚未水解的基礎聚合物發生縮合反應,脫除低分子物,通過高分子鏈之間的化學交聯實現固化。
縮合型矽膠生產裝置
根據交聯反應生成的副產物種類,縮合型矽膠又可以細分為脫酸型、脫酮肟型、脫醇型、脫胺型、脫丙酮型、脫醯胺型等六種類型,常見的三類縮合型矽膠的優缺點如下所示。
縮合型矽膠一般用作建築密封劑、汽車車燈等燈具裝置的密封、電氣絕緣子用防汙材料等方面。
2.加成型矽膠
加成型矽膠是以含乙烯基的聚矽氧烷為基礎聚合物,含Si-H化學鍵的聚矽氧烷為交聯劑,在鉑金催化劑的作用下進行加成反應,得到立體交聯結構的矽橡膠。
鉑金催化矽氫加成反應示意圖
加成型矽膠主要由基礎聚合物、交聯劑、催化劑、補強填料和功能化添加劑組成。因為加成型矽膠具有低收縮率,交聯過程中無小分子釋放,優良的耐高低溫等優點,目前LED封裝膠絕大多數為加成型矽膠,針對加成型矽膠,後面有詳細的介紹。
3. 過氧化物引發型矽膠
過氧化物引發型矽膠,是以過氧化物為固化劑,與含乙烯基的基礎聚合物發生交聯反應得到三維網狀立體結構。過氧化物引發型矽膠有兩個明顯的缺點:一是需要使用較貴的高純矽烷單體和中間體作為原料,二是由於矽膠中過氧化物的存在,導致空氣會嚴重影響固化,在固化時需要惰性氣體保護,因此生產和使用成本較高,這也在很大程度上限制了其應用範圍。