有机硅改性环氧树脂的研究与应用进展
摘要：环氧树脂是一种含有2个或2个以上环氧基团的高分子化合物，其与
固化剂反应可生成具有热固性的三维网状结构。

固化环氧树脂具有优异的力学、
耐化学、耐腐蚀性能，良好的热学性能、粘接性能和电气性能，且固化后收缩率低，尺寸稳定。

关键词：有机硅改性环氧树脂；研究；应用
前言
环氧树脂作为一类重要的热固性树脂，具有良好的电学性能、化学稳定性、
优异的力学性能和粘接性能，应用领域十分广泛。

得益于环氧树脂优异的综合性能，环氧树脂广泛应用在涂料、粘接剂、电子产品封装、印刷电路板、航空、航天、军工等领域。

1改性方法
1.1增容改性
提高环氧树脂与有机硅的相容性是物理改性的重要研究方向。

以端羟基甲基
苯基硅橡胶(PSi)和硅烷化环氧树脂(SERs)为主要原料，合成了四种不同结构和
功能程度的SERs，并用于硅树脂涂层的改性，制备了一系列硅烷化环氧树脂涂层。

其中用环己基环氧树脂和氨基硅烷偶联剂(APTES)制备的SERs效果最好，可贮存
30天以上。

所有改性有机硅涂料的附着力均为最高级0级，在30天的耐酸、耐碱、耐盐实验和在300℃下保温实验后，表现出优良的防腐性能和良好的耐热性能。

实验表明，与纯PSi相比，含有25wt%SERs的涂层具有更好的热性能，表现
为延迟降解温度，800℃下残碳率大大提高。

SERs的加入提高了硅橡胶与环氧树
脂的相容性，其中环氧基团增强了固化混合涂层的附着力。

1.2自分层涂层
许多年来，对涂层的研究一直在不断增长，试图提高其工艺和性能。

一般，
两层或三层的不同涂层被使用在基材上，以得到综合性能的涂层。

但每一层需要
一个配方和一个特定的固化步骤，因此这个多层系统涉及许多复杂的操作和需要
长时间的固化过程，而且在层与层之间的界面处可能会出现附着失效的现象，这
些因素并不满足当前的工业生产要求。

自分层涂料根据相容性、表面能、分子间
作用力等因素，由多种聚合物组成，形成的共混体系溶解在溶剂中，它们在使用
后和固化阶段会自动分离，形成连续但功能不同的涂层。

这样多层涂料一次涂装，减少了工作时间，还提高了涂料了使用寿命和综合性能。

环氧树脂因其优异的黏
附性作为一种典型的底漆。

近年来，有机硅被报道用于溶剂基自分层系统，因为
它与环氧树脂相容性差，可作为改性组分以增强涂料的耐候性、耐热性等性能。

基于环氧树脂和有机硅共混，添加了胺类固化剂，设计了一种新型三组分自分层
体系。

研究了溶剂和固化剂对分层过程的影响。

结果表明，溶剂对分层程度有影响，当溶剂体系以二甲苯和乙酸丁酯1:1的比例混合时，分层效果最好，硅相位
于涂层的顶部。

另外溶剂蒸发速率越快，分层效果越好；蒸发速率也不宜过高，
因为体系会在完成相分离之前就已达到凝胶点。

固化剂对分层也有影响，环氧树
脂与胺类固化剂的交联反应中，体系的分子量迅速增加，这有利于两种树脂不相容，从而影响相分离。

2化学改性
化学改性是有机硅单体或者有机硅低聚物中的羟基、氨基、烷氧基等官能团
与环氧树脂的环氧基或侧链上的羟基之间发生化学反应，在环氧树脂中引入稳定
且柔韧的有机硅链段，从而获得有机硅改性环氧树脂。

3共聚或共混改性研究
采用共聚或共混的方法来提高环氧树脂的抗老化性能是环氧树脂老化防护的
另一重要措施。

共聚改性是指将其他单体与环氧树脂单体进行聚合反应，得到一
定结构和性能的共聚物；共混改性是指用其他聚合物与环氧树脂进行物理共混，
制备出综合性能良好的聚合物合金。

共聚或共混改性是利用其他单体或聚合物的
优点，减少环氧树脂的老化薄弱点，从而增强环氧树脂的抗老化性能。

通过2-(3,4-环氧环己基)甲基二乙氧基硅烷（EMDS）与二甲基二乙氧基硅烷共水解缩合
制备了硅环氧树脂。

一方面，它可以克服硅树脂的附着力差和力学性能差的缺点；另一方面，它对热和紫外光的敏感性比商用脂环族环氧树脂CEL-2021P要低，具
有较好的热稳定性和抗紫外光性能。

相比于商用脂环族环氧树脂CEL-2021P，其
起始热分解温度t5%提高了近29℃。

研究了氰酸酯树脂对双酚A型环氧树脂的热
稳定性的影响，研究发现，随着氰酸酯的组分不断增加，环氧树脂合金的玻璃化
转变温度和热稳定性不断提高。

当氰酸酯的添加量为40份时，热分解温度提高
了80℃。

这可能是因为氰酸酯单体的多环三聚反应生成了三嗪环，以及氰酸酯树
脂和环氧树脂网络结构反应导致交联度增加所引起的。

将环氧树脂TDE-85、环氧
树脂E-44、芴基环氧树脂共混改性，采用芳香胺类固化剂进行固化，制备出了吸
水率极低的共混树脂体系。

共聚或共混的方法能够很大程度上改善环氧树脂的耐
候性，但是在实际应用中也需要注意一些问题。

在一些共聚改性过程中，环氧树
脂单体上的极性官能团会作为反应位点参与反应，得到的共聚物所含的极性官能
团数量较少。

然而，环氧树脂优异的粘接性就是来源于极性官能团，共聚改性的
方法会在一定程度上影响其粘接性。

针对于共混改性来说，聚合物之间大多都是
不混容的，而且常常存在相界面张力过大和两相间的粘合力较低的情况，导致难
以实现良好的分散，这些是值得考虑的问题。

4有机硅改性环氧树脂的应用
4.1在LED封装中的应用
发光二极管(LED)通过电子与空穴复合释放能量发光，在照明领域应用广泛。

单颗LED芯片由于其易受环境中各种不利因素的影响，很难直接应用于实际照明
或其他发光设备，因此封装技术是LED照明实际应用的必要方面。

封装材料在保
护LED芯片免受火灾，氧气，水蒸气和外部损坏方面起着重要作用。

4.2在涂料中的应用
近年来，用有机硅对环氧树脂进行改性是涂料领域的一大热门。

复合涂料具
有有机硅和环氧树脂的优点，比单一的一种材料更有优势。

4.3在3D打印中的应用
3D打印是在计算机控制下通过逐层添加材料来制造物体，以其独特的优势，
如高灵活性、高效率和可定制制造，特别是对于结构复杂的小批量零件，3D打印
已经成为未来先进制造的强大技术，但具有良好性能的材料选择仍然有限。

5展望
综上所述，物理改性可以通过增加两种聚合物的相容性来实现，化学改性可
以通过接枝共聚来实现，改性后的环氧树脂耐热性、耐候性、耐腐蚀性、疏水性、柔韧性等性能都明显提高，有机硅链段上链接的其他基团也能增加改性环氧树脂
的多样性。

目前，国内外科研机构在有机硅改性环氧树脂方面进行了大量的研究，在提高LED封装用环氧树脂材料的物理机械性能、热稳定性、抗紫外光性能、粘
接性能及光学性能等方面取得了较大的进步，通过有机硅改性环氧树脂以获得综
合性能优异的封装材料仍是今后研究的重点方向。

结束语
目前，国内外科研机构在有机硅改性环氧树脂方面进行了大量的研究，在提
高LED封装用环氧树脂材料的物理机械性能、热稳定性、抗紫外光性能、粘接性
能及光学性能等方面取得了较大的进步，通过有机硅改性环氧树脂以获得综合性
能优异的封装材料仍是今后研究的重点方向。

参考文献：
[1]刘胭芝,李鸿岩,费明,等.有机硅化学改性环氧树脂的研究进展[J].包装
学报,2012(4):31-37.
[2]郑杰元,方勇,范宏.腰果酚基环氧树脂的制备及其硅烷化改性[J].中国胶
粘剂,2021,30(01):24-28.
[3]吕映,卜庆朋,汪小强,等.汽车排气管专用耐高温有机硅/环氧树脂粉末涂
料的研究[J].中国涂料,2019,34(07):50-54.。