含氢硅油对加成型液体硅橡胶硫化过程的影响
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［6 ］
。 硅氢加成反应的速
率对加成型硅橡胶产品的开发至关重要 。硫化速 率慢，产品成型周期长，生产效益低； 硫化速率 快，胶料可操作时间短，甚至在未成型之前凝胶 化，进而使胶料报废。含氢硅油作为加成型液体 硅橡胶的交联剂，其分子结构中的 Si—H 基含量 及其分布对硅橡胶的硫化速率和最终产品的性能 有显著的影响。本实验合成了几种不同分子结构 的低含氢硅油，采用橡胶加工分析仪详细考察了 含氢硅油的种类对硅橡胶硫化过程的影响 ，以期 对生产起到指导作用。
1. 3
硅橡胶硫化曲线的绘制 胶料在交联过程中模量会随交联度的升高而
增加，模量的变化可通过橡胶加工分析仪来测 定。该装置是将转子埋在胶料中，转子转动的力 矩通过传感器记录下来， 而后绘制成硫化曲线。 它可以反映交联反应发生的诱导时间 、最佳硫化 时间和硫化完成时间，从而了解硅橡胶的硫化过 程。根据不同的实验目的，每次称取 4 g 左右的 乙烯基硅油、 低含氢硅油和抑制剂， 混合均匀； 加入铂催化剂，搅拌均匀后进行脱泡处理，然后 放入橡胶加工分析仪上绘制硫化曲线 。
1
实验
· 312 ·
第 25 卷
第 3 种低含氢 硅 油 的 结 构 如 式 2 ， 分 子 链 中 的 Si—H 基数量为 10 ， 但同时分布在两端和侧链 上，x = 8 、活性氢质量分数为 0. 5% 的低含氢硅 · s。 油黏度为 40 mPa
H CH3 CH3 CH3 H3 CSiOSiO SiO SiCH3 x y CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H CH3 CH3 HSiOSiO SiO x y SiH CH3 CH3 CH3 CH3
近年来， 随着硅橡胶应用领域的不断开发， 加成型液体硅橡胶产品已广泛应用于电子电器 、 计算机键盘、汽车垫片、防粘涂层、医用材料等 领域
［1 ］
1. 1
主要原料及仪器 高含氢 硅 油： KF － 99 ， 活 性 氢 质 量 分 数
。与缩合型硅橡胶相比， 加成型硅橡胶
1. 6% ， 日 本 信 越 公 司； 六 甲 基 二 硅 氧 烷 （ MM） 、二甲基环硅氧烷混合物 （ DMC ） ： 自产； α， ω － 二乙烯基聚二甲基硅氧烷： 乙烯基摩尔分 数为 0. 29% ， 黏 度 20 Pa·s， 自 制； 氯 铂 酸： AR，上海久岳化工有限公司； 甲基丁炔醇： 百 灵威化学有限公司； 浓硫酸： 上海试剂总厂。 橡胶加工分析仪： RPA － 8000 ， 高铁检测仪 器 （ 东莞） 有限公司。 1. 2 低含氢硅油的合成 将计量的高含氢硅油、 MM 和 DMC 在浓硫 酸催化下 80 ℃ 平衡调聚 3 h； 用碳酸氢钠中和， 过滤； 然后在 160℃ 真空条件下脱除低分子物， 合成出 3 种结构的低含氢硅油。 第 1 种低含氢硅油的结构如式 1 ， 分子链中 均含 24 个 Si—H 基，即 x = 24 ； 改变 y 使其活性 氢 质 量 分 数 分 别 为 0. 1% 、 0. 3% 、 0. 5% 、 0. 8% ，黏度相应地为 5 700、400、150、40 mPa· s。 第 2 种低含氢硅油 的 结 构 如 式 1 ， 分 子 链 中 的 Si—H 基数量不同， 即 x 分别为 3 、6 、10 、15 、 24 ； 改 变 y 使 其 活 性 氢 质 量 分 数 均 固 定 在 0. 5% ，黏度相应地为 5、10、40、80、150 mPa· s。
研究 · 开发
，2011 ，25 （ 5 ） ： 311 ～ 313 SILICONE MATERIAL
含氢硅油对加成型液体硅橡胶硫化过程的影响
徐晓明，金红君，王 轲，李鹏洲
（ 浙江新安化工集团股份有限公司 ，浙江建德 311600 ）
0511 。 收稿日期： 2011作者简介： 徐晓明 （ 1982 —） ，男，博士，工程师，从事液 体硅橡胶的研究。E － mail： xuxiaoming@ zju. edu. cn。
具有在硫化过程中不生成副产物 、不发热、收缩 率小、能深层硫化等优点，易制得高纯度、高透 明性、高精密度的产品
［2 － 5 ］
图1
活性氢质量分数对硅橡胶硫化曲线的影响
2. 3
含氢硅油中 Si—H 基的分布对硅橡胶硫化
过程的影响
第5 期
徐晓明等 . 含氢硅油对加成型液体硅橡胶硫化过程的影响
· 313 ·
图 3 给出了低含氢硅油分子链中 Si—H 基的 分布对硅橡胶硫化曲线的影响。这两种低含氢硅 油的活性氢质量分数均为 0. 5% ， 且 Si—H 基的 数量均 为 10 ， 但 分 布 不 同。 一 种 结 构 如 式 1 ， Si—H 基均分布在侧链， x = 10 ； 另一种结构如 式 2 ，Si—H 基封端，其余分布在侧链，x = 8 。
摘要： 合成了几种不同分子结构的低含氢硅油作为加成型液体硅橡胶的交联剂 ，采用橡胶加工分析仪 系统考察了含氢硅油的活性氢质量分数 、分子结构中 Si—H 基的数量及分布对加成型液体硅橡胶硫化过程 和最终产品性能的影响 。结果表明，随含氢硅油中活性氢质量分数的提高 ，硅橡胶的硫化速率加快 ， 模量 和硬度增加，较佳活性氢质量分数为 0. 3% ～ 0. 5% ； 随含氢硅油分子中 Si—H 基数量的增加， 硅橡胶的硫 化速率先加快而后稍有减慢 ，模量和硬度先增加而后趋于稳定 ，较佳 Si—H 基数量为 10 个左右； 活性氢封 端的低含氢硅油具有相对高的反应活性 。 关键词： 含氢硅油，加成型，硅橡胶，硫化速率 中图分类号： TQ333. 93 文献标识码： A 文章编号： 1009 － 4369 （ 2011 ） 05 － 0311 － 03
从图 2 可以看出，随分子链中 Si—H 基数量 的增加， 体 系 的 t c （ 90 ） 先 减 小 而 后 稍 有 增 大， 硫化速率先加快后稍有减慢，扭矩值则先增加而 后趋于稳定。 Si—H 基数量少会导致活性点少， 反应活性不够； Si—H 基数量过多则会致使它们 彼此靠得太近， 不能完全发挥它们应有的活性。 另一方 面， 在 活 性 氢 质 量 分 数 一 定 的 情 况 下， Si—H 基的增加会使含氢硅油的黏度升高， 也会 降低其反应活性。由此可知，每个分子链结构中 含 10 个左右的 Si—H 基比较合理， 用其作交联 剂制备的硅橡胶具有相对快的硫化速率和高的 硬度。
。此外， 它还具有硫
化速率快、 生产效率高、 生产过程无异味等特 点，故越来越被业内人士看好。 加成型液体硅橡胶的硫化原理是含多个乙烯 基的聚硅氧烷与含多个 Si—H 基的聚硅氧烷在第 八族过渡金属化合物 （ 如铂等 ） 催化下进行硅 氢加成反应，形成新的 Si—C 键，使线形聚硅氧 烷交联成三维网络结构
从图 3 可以看出，活性氢封端的低含氢硅油 具有相对短的 t c （ 90 ） ， 较快的硫化速率， 但二 者的扭矩值相同。由此可知，活性氢封端的含氢 硅油具有较高的反应活性； 而相同的活性氢质量 分数致使体系的交联密度相同，所以产品具有相 同的硬度和模量。
Effect of Hydrogenated Silicone Oil on Vulcanization Process for Addition LSR
从图 1 可以看出，随含氢硅油中活性氢质量 分数的提高， 体系的 t c （ 90 ） 缩短、 硫化速率加 快； 而扭矩值逐渐增加，而后趋于平缓。这是由 于活性氢质量分数越高，体系中可参加交联反应 的活性点越多， 反应活性越大， 交联密度越高， 致使产品的硬度和模量较大。但当活性氢质量分
（ 1）
数升高到 0. 5% 时，继续提高活性氢的质量分数 对硅橡胶的硫化速率和硬度贡献不明显 。这可能 是当分子链中活性氢质量分数达到某一程度时 ， 活性氢单元彼此靠得太近，相互屏蔽后不能完全
3
结论
随含氢硅油中活性氢质量分数的提高 ，硅橡 胶的硫化速率加快，模量和硬度增加，较佳活性 氢质量分数为 0. 3% ～ 0. 5% ； 随含氢硅油分子 中 Si—H 基数量的增加，硅橡胶的硫化速率先加 快而后稍有减慢，模量和硬度先增加而后趋于稳 定，较佳 Si—H 基数量为 10 个左右； 活性氢封 端的低含氢硅油具有相对高的反应活性 。
（ 2）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
发挥出活性氢应有的活性。因此，含氢硅油较佳 的活性氢质量分数为 0. 3% ～ 0. 5% 。 2. 2 含氢硅油中 Si—H 基的数量对硅橡胶硫化 过程的影响 图 2 给出了第 2 种低含氢硅油中 Si—H 基的 数量对 硅 橡 胶 硫 化 曲 线 的 影 响， C3 、 C6 、 C10 、 C15 、C24 中的数字代表每个分子链中 Si—H 基的 数量。
XU Xiaoming，JIN Hongjun，WANG Ke，LI Pengzhou
（ Zhejiang Wynca Chemical Industry Group Co． ，Ltd． ，Jiande 311600 ，Zhejiang）
Abstract ： Several hydrogenated silicone oils with different molecular structures were synthesized． The reactive hydrogen mass fraction of the hydrogenated silicone oil was characterized by rubber process analyzer． The effect of different hydrogenated silicone oil types on vulcanization process and final product properties were investigated． Result showed that with the increase of hydrogen concentration，the vulcanization rate quickened ，the modulus and hardness increased． With the increase of Si—H amount，the vulcanization rate quickened first and then slowed down，modulus and hardness increased and then leveled off． Silicone rubber with 10 Si—H functional groups had relative excellent properties． Additionally，the hydrogenated silicone oil with active hydrogen distributed at the end of molecular chain had relative high reactivities． Keywords： hydrogenated silicone oil，addition，silicone rubber，vulcanization rate
2
2. 1
结果与讨论
含氢硅油的活性氢质量分数对硅橡胶硫化
图2 Si—H 基数量对硅橡胶硫化曲线的影响
过程的影响 图 1 给出了第 1 种低含氢硅油的活性氢质量 分数对硅橡胶硫化曲线的影响。 t c （ 90 ） 为硅橡胶 交联度达到 90% 所需的时间。t c （ 90 ） 越大，则硫 化速率越慢； t c （ 90 ） 越小，硫化速率越快。
参考文献
［ 1］ 谭必恩，赵华，潘慧铭． 加成型硅橡胶铂催化剂的 ． 中 国 胶 粘 剂，2002 ， 10 制备 及 其 活 性 研 究 ［J］ （ 4 ） ： 1 － 4． ［ 2］ 范元蓉，徐志君，唐颂超． 加成型液体硅橡胶［ J］ ． 弹性体，2001 ，11 （ 3 ） ： 44 － 47． 图3 Si—H 基分布对硅橡胶硫化曲线的影响 ［ 3］ 谭必恩，潘慧铭，王卫星． 加成型硅橡胶的研究进 J］ ． 合成橡胶工业，1999 （ 2 ） ： 73 － 76． 展［ ［ 4］ 黄文润． 有机硅材料的市场与产品开发［J］ ． 有机 硅材料及应用，1994 （ 1 ） ： 1 － 8． ［ 5］ 李光亮． 有机硅高分子化学［M］ ． 北京： 科学出版 社，1999 ； 147 － 162． ［ 6］ 幸松民，王一璐． 有机硅合成工艺及产品应用［ M］ ． 北京： 化学工业出版社，2000 ： 656 － 663．
。 硅氢加成反应的速
率对加成型硅橡胶产品的开发至关重要 。硫化速 率慢，产品成型周期长，生产效益低； 硫化速率 快，胶料可操作时间短，甚至在未成型之前凝胶 化，进而使胶料报废。含氢硅油作为加成型液体 硅橡胶的交联剂，其分子结构中的 Si—H 基含量 及其分布对硅橡胶的硫化速率和最终产品的性能 有显著的影响。本实验合成了几种不同分子结构 的低含氢硅油，采用橡胶加工分析仪详细考察了 含氢硅油的种类对硅橡胶硫化过程的影响 ，以期 对生产起到指导作用。
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硅橡胶硫化曲线的绘制 胶料在交联过程中模量会随交联度的升高而
增加，模量的变化可通过橡胶加工分析仪来测 定。该装置是将转子埋在胶料中，转子转动的力 矩通过传感器记录下来， 而后绘制成硫化曲线。 它可以反映交联反应发生的诱导时间 、最佳硫化 时间和硫化完成时间，从而了解硅橡胶的硫化过 程。根据不同的实验目的，每次称取 4 g 左右的 乙烯基硅油、 低含氢硅油和抑制剂， 混合均匀； 加入铂催化剂，搅拌均匀后进行脱泡处理，然后 放入橡胶加工分析仪上绘制硫化曲线 。
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实验
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第 3 种低含氢 硅 油 的 结 构 如 式 2 ， 分 子 链 中 的 Si—H 基数量为 10 ， 但同时分布在两端和侧链 上，x = 8 、活性氢质量分数为 0. 5% 的低含氢硅 · s。 油黏度为 40 mPa
H CH3 CH3 CH3 H3 CSiOSiO SiO SiCH3 x y CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 H CH3 CH3 HSiOSiO SiO x y SiH CH3 CH3 CH3 CH3
近年来， 随着硅橡胶应用领域的不断开发， 加成型液体硅橡胶产品已广泛应用于电子电器 、 计算机键盘、汽车垫片、防粘涂层、医用材料等 领域
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主要原料及仪器 高含氢 硅 油： KF － 99 ， 活 性 氢 质 量 分 数
。与缩合型硅橡胶相比， 加成型硅橡胶
1. 6% ， 日 本 信 越 公 司； 六 甲 基 二 硅 氧 烷 （ MM） 、二甲基环硅氧烷混合物 （ DMC ） ： 自产； α， ω － 二乙烯基聚二甲基硅氧烷： 乙烯基摩尔分 数为 0. 29% ， 黏 度 20 Pa·s， 自 制； 氯 铂 酸： AR，上海久岳化工有限公司； 甲基丁炔醇： 百 灵威化学有限公司； 浓硫酸： 上海试剂总厂。 橡胶加工分析仪： RPA － 8000 ， 高铁检测仪 器 （ 东莞） 有限公司。 1. 2 低含氢硅油的合成 将计量的高含氢硅油、 MM 和 DMC 在浓硫 酸催化下 80 ℃ 平衡调聚 3 h； 用碳酸氢钠中和， 过滤； 然后在 160℃ 真空条件下脱除低分子物， 合成出 3 种结构的低含氢硅油。 第 1 种低含氢硅油的结构如式 1 ， 分子链中 均含 24 个 Si—H 基，即 x = 24 ； 改变 y 使其活性 氢 质 量 分 数 分 别 为 0. 1% 、 0. 3% 、 0. 5% 、 0. 8% ，黏度相应地为 5 700、400、150、40 mPa· s。 第 2 种低含氢硅油 的 结 构 如 式 1 ， 分 子 链 中 的 Si—H 基数量不同， 即 x 分别为 3 、6 、10 、15 、 24 ； 改 变 y 使 其 活 性 氢 质 量 分 数 均 固 定 在 0. 5% ，黏度相应地为 5、10、40、80、150 mPa· s。
研究 · 开发
，2011 ，25 （ 5 ） ： 311 ～ 313 SILICONE MATERIAL
含氢硅油对加成型液体硅橡胶硫化过程的影响
徐晓明，金红君，王 轲，李鹏洲
（ 浙江新安化工集团股份有限公司 ，浙江建德 311600 ）
0511 。 收稿日期： 2011作者简介： 徐晓明 （ 1982 —） ，男，博士，工程师，从事液 体硅橡胶的研究。E － mail： xuxiaoming@ zju. edu. cn。
具有在硫化过程中不生成副产物 、不发热、收缩 率小、能深层硫化等优点，易制得高纯度、高透 明性、高精密度的产品
［2 － 5 ］
图1
活性氢质量分数对硅橡胶硫化曲线的影响
2. 3
含氢硅油中 Si—H 基的分布对硅橡胶硫化
过程的影响
第5 期
徐晓明等 . 含氢硅油对加成型液体硅橡胶硫化过程的影响
· 313 ·
图 3 给出了低含氢硅油分子链中 Si—H 基的 分布对硅橡胶硫化曲线的影响。这两种低含氢硅 油的活性氢质量分数均为 0. 5% ， 且 Si—H 基的 数量均 为 10 ， 但 分 布 不 同。 一 种 结 构 如 式 1 ， Si—H 基均分布在侧链， x = 10 ； 另一种结构如 式 2 ，Si—H 基封端，其余分布在侧链，x = 8 。
摘要： 合成了几种不同分子结构的低含氢硅油作为加成型液体硅橡胶的交联剂 ，采用橡胶加工分析仪 系统考察了含氢硅油的活性氢质量分数 、分子结构中 Si—H 基的数量及分布对加成型液体硅橡胶硫化过程 和最终产品性能的影响 。结果表明，随含氢硅油中活性氢质量分数的提高 ，硅橡胶的硫化速率加快 ， 模量 和硬度增加，较佳活性氢质量分数为 0. 3% ～ 0. 5% ； 随含氢硅油分子中 Si—H 基数量的增加， 硅橡胶的硫 化速率先加快而后稍有减慢 ，模量和硬度先增加而后趋于稳定 ，较佳 Si—H 基数量为 10 个左右； 活性氢封 端的低含氢硅油具有相对高的反应活性 。 关键词： 含氢硅油，加成型，硅橡胶，硫化速率 中图分类号： TQ333. 93 文献标识码： A 文章编号： 1009 － 4369 （ 2011 ） 05 － 0311 － 03
从图 2 可以看出，随分子链中 Si—H 基数量 的增加， 体 系 的 t c （ 90 ） 先 减 小 而 后 稍 有 增 大， 硫化速率先加快后稍有减慢，扭矩值则先增加而 后趋于稳定。 Si—H 基数量少会导致活性点少， 反应活性不够； Si—H 基数量过多则会致使它们 彼此靠得太近， 不能完全发挥它们应有的活性。 另一方 面， 在 活 性 氢 质 量 分 数 一 定 的 情 况 下， Si—H 基的增加会使含氢硅油的黏度升高， 也会 降低其反应活性。由此可知，每个分子链结构中 含 10 个左右的 Si—H 基比较合理， 用其作交联 剂制备的硅橡胶具有相对快的硫化速率和高的 硬度。
。此外， 它还具有硫
化速率快、 生产效率高、 生产过程无异味等特 点，故越来越被业内人士看好。 加成型液体硅橡胶的硫化原理是含多个乙烯 基的聚硅氧烷与含多个 Si—H 基的聚硅氧烷在第 八族过渡金属化合物 （ 如铂等 ） 催化下进行硅 氢加成反应，形成新的 Si—C 键，使线形聚硅氧 烷交联成三维网络结构
从图 3 可以看出，活性氢封端的低含氢硅油 具有相对短的 t c （ 90 ） ， 较快的硫化速率， 但二 者的扭矩值相同。由此可知，活性氢封端的含氢 硅油具有较高的反应活性； 而相同的活性氢质量 分数致使体系的交联密度相同，所以产品具有相 同的硬度和模量。
Effect of Hydrogenated Silicone Oil on Vulcanization Process for Addition LSR
从图 1 可以看出，随含氢硅油中活性氢质量 分数的提高， 体系的 t c （ 90 ） 缩短、 硫化速率加 快； 而扭矩值逐渐增加，而后趋于平缓。这是由 于活性氢质量分数越高，体系中可参加交联反应 的活性点越多， 反应活性越大， 交联密度越高， 致使产品的硬度和模量较大。但当活性氢质量分
（ 1）
数升高到 0. 5% 时，继续提高活性氢的质量分数 对硅橡胶的硫化速率和硬度贡献不明显 。这可能 是当分子链中活性氢质量分数达到某一程度时 ， 活性氢单元彼此靠得太近，相互屏蔽后不能完全
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结论
随含氢硅油中活性氢质量分数的提高 ，硅橡 胶的硫化速率加快，模量和硬度增加，较佳活性 氢质量分数为 0. 3% ～ 0. 5% ； 随含氢硅油分子 中 Si—H 基数量的增加，硅橡胶的硫化速率先加 快而后稍有减慢，模量和硬度先增加而后趋于稳 定，较佳 Si—H 基数量为 10 个左右； 活性氢封 端的低含氢硅油具有相对高的反应活性 。
（ 2）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
发挥出活性氢应有的活性。因此，含氢硅油较佳 的活性氢质量分数为 0. 3% ～ 0. 5% 。 2. 2 含氢硅油中 Si—H 基的数量对硅橡胶硫化 过程的影响 图 2 给出了第 2 种低含氢硅油中 Si—H 基的 数量对 硅 橡 胶 硫 化 曲 线 的 影 响， C3 、 C6 、 C10 、 C15 、C24 中的数字代表每个分子链中 Si—H 基的 数量。
XU Xiaoming，JIN Hongjun，WANG Ke，LI Pengzhou
（ Zhejiang Wynca Chemical Industry Group Co． ，Ltd． ，Jiande 311600 ，Zhejiang）
Abstract ： Several hydrogenated silicone oils with different molecular structures were synthesized． The reactive hydrogen mass fraction of the hydrogenated silicone oil was characterized by rubber process analyzer． The effect of different hydrogenated silicone oil types on vulcanization process and final product properties were investigated． Result showed that with the increase of hydrogen concentration，the vulcanization rate quickened ，the modulus and hardness increased． With the increase of Si—H amount，the vulcanization rate quickened first and then slowed down，modulus and hardness increased and then leveled off． Silicone rubber with 10 Si—H functional groups had relative excellent properties． Additionally，the hydrogenated silicone oil with active hydrogen distributed at the end of molecular chain had relative high reactivities． Keywords： hydrogenated silicone oil，addition，silicone rubber，vulcanization rate
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结果与讨论
含氢硅油的活性氢质量分数对硅橡胶硫化
图2 Si—H 基数量对硅橡胶硫化曲线的影响
过程的影响 图 1 给出了第 1 种低含氢硅油的活性氢质量 分数对硅橡胶硫化曲线的影响。 t c （ 90 ） 为硅橡胶 交联度达到 90% 所需的时间。t c （ 90 ） 越大，则硫 化速率越慢； t c （ 90 ） 越小，硫化速率越快。
参考文献
［ 1］ 谭必恩，赵华，潘慧铭． 加成型硅橡胶铂催化剂的 ． 中 国 胶 粘 剂，2002 ， 10 制备 及 其 活 性 研 究 ［J］ （ 4 ） ： 1 － 4． ［ 2］ 范元蓉，徐志君，唐颂超． 加成型液体硅橡胶［ J］ ． 弹性体，2001 ，11 （ 3 ） ： 44 － 47． 图3 Si—H 基分布对硅橡胶硫化曲线的影响 ［ 3］ 谭必恩，潘慧铭，王卫星． 加成型硅橡胶的研究进 J］ ． 合成橡胶工业，1999 （ 2 ） ： 73 － 76． 展［ ［ 4］ 黄文润． 有机硅材料的市场与产品开发［J］ ． 有机 硅材料及应用，1994 （ 1 ） ： 1 － 8． ［ 5］ 李光亮． 有机硅高分子化学［M］ ． 北京： 科学出版 社，1999 ； 147 － 162． ［ 6］ 幸松民，王一璐． 有机硅合成工艺及产品应用［ M］ ． 北京： 化学工业出版社，2000 ： 656 － 663．