铂光催化硅氢加成反应的动力学及应用研究

【摘要】：硅橡胶、硅树脂等有机硅聚合物因其优异的性能而广泛应用于电子交通、建筑、汽车、航空航天等领域。目前工业上应用最广泛的方法是采用铂催化剂在室温或高温下进行硅氢加成反应来制备。然而，这种方法既耗时又耗能。近年来，在可持续发展的趋势下，光聚合方法和紫外固化技术因其速度、高效、节能、环保等优点而受到广泛关注。本文研究了紫外光诱导铂催化剂催化硅氢加成反应的动力学及应用。主要结论是，五种铂催化剂中，两种铂催化剂：三甲基(甲基环戊二烯基)铂[(Me?Cp)]和乙酰丙酮铂[Pt(acac)_2]通过紫外光诱导催化氢化硅烷化反应，并且(Me?Cp)比Pt(acac)_2具有更好的光催化效果。 (Me?Cp)体系可以获得较高的转化率和反应速率；硅橡胶具有较高的热稳定性、机械性能、较高的玻璃化转变温度和储能模量。对两种铂催化剂体系的后固化研究发现，后固化过程可有效提高无光条件下氢化硅烷化反应的转化率，最终转化率是初始转化率的两倍。此外，本文还研究了各种稠合芳烃光敏剂对(Me?Cp)的敏化效果。结论是萘对(Me?Cp)具有良好的敏化作用。萘的添加可使(Me?Cp)的量子效率提高24.8%；反应表观活化能由35.6kJ/mol降低至30.9kJ/mol；反应转化率由70%提高至100%；所制备的硅橡胶具有较好的热稳定性、机械性能、储能模量和较高的玻璃化转变温度。此外，使用(Me?Cp)/萘的紫外光诱导催化氢化硅烷化反应可用于在更短的时间内制备具有复杂形状的光刻产品。通过对光催化氢化硅烷化底物的系统研究，探讨了乙烯基硅油（PDMS?Vi）（粘度、乙烯基硅油乙烯基分布）、氢化硅油（PMHS）（氢含量、添加量）对反应动力学的影响以及硅橡胶的性能。