專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多羥基倍半硅氧烷制備方法，制備的多羥基倍半硅氧烷，可作為制備各類(lèi)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米結(jié)構(gòu)材料的中間體(納米顆?；蚪Y(jié)構(gòu)單元)，屬于化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化納米結(jié)構(gòu)材料已成為國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料研究領(lǐng)域的前沿課題，該材料被國(guó)外稱(chēng)為新一代主導(dǎo)材料。傳統(tǒng)制備納米復(fù)合材料的過(guò)程如下首先利用溶膠—凝膠法制備納米凝膠顆粒，然后將凝膠干燥、燒結(jié)、研磨成粉，最后用機(jī)械或物理的方法將納米顆粒(粉末)摻混到本體中，形成復(fù)合納米材料。這種合成工藝不僅過(guò)程復(fù)雜，而且納米顆粒在體系中有團(tuán)聚現(xiàn)象，分散度較差等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備一種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米結(jié)構(gòu)材料的中間體—多羥基倍半硅氧烷。該中間體可進(jìn)一步組裝合成預(yù)期的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化功能材料。該中間體不僅合成工藝簡(jiǎn)單有效，而且納米顆粒均勻地鍵合在有機(jī)本體中，克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料中納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象及分散度較差等不足，易于推廣。多羥基倍半硅氧烷的制備方法概述如下第一步是制備硅烷單體。在真空條件下，使(3-氨丙基)三乙氧基硅烷與(2，3-環(huán)氧丙基)苯醚按照1∶2摩爾比例反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～70℃，反應(yīng)時(shí)間為20～30小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為N-(2-二羥基丙基苯醚)-3-氨丙基三乙氧基硅烷[R2N(CH2)3Si(OC2H5)3，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]。第二步是制備多羥基倍半硅氧烷。把第一步產(chǎn)的硅烷單體按1∶1～2的比例溶于四氫呋喃，并按H2O∶Si＝1～6的比例加入水，溫度在30～70℃條件下，水解縮合反應(yīng)為20～30小時(shí)。此步開(kāi)始時(shí)，分別加入不同比例酸或堿催化劑，可分別制備三類(lèi)不同的多羥基倍半硅氧烷(1)按NaOH∶Si＝0.4～0.6的用量比例加入氫氧化鈉時(shí)，產(chǎn)物為單一的多羥基有機(jī)-無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)單元T8(OH)2[T＝R2N(CH2)3SiO1.5，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2](單一形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷)，此中間體可進(jìn)行單元與單元之間的掛鏈和橋連組裝，組裝成具有特殊功能的材料；(2)按CHOOH∶Si＝1～6的用量比例加入甲酸時(shí)，產(chǎn)物主要成分為多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T8～T10，此中間體可用于制備性能較強(qiáng)的功能薄膜或塊體材料；(3)按NaOH∶Si＝0.01～0.1的用量比例加入氫氧化鈉時(shí)，產(chǎn)物為聚合度較低的多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T5～T10，此中間體可用于制備性能較強(qiáng)的薄膜或塊體材料。
以上三類(lèi)多羥基倍半硅氧烷為粘稠狀液態(tài)，此產(chǎn)物也可經(jīng)多次溶水提純后，在80～110℃下加熱20～30小時(shí)，然后研磨成白色粉末。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于(1)合成工藝簡(jiǎn)單有效，產(chǎn)業(yè)化可用現(xiàn)有的一般化工設(shè)備即可；(2)可以通過(guò)控制合成條件來(lái)控制的尺寸，進(jìn)行分子組裝，從而可制備具有特殊宏觀(guān)性能的預(yù)期材料；(3)制備的材料中，無(wú)機(jī)納米顆粒能均勻地鍵合在有機(jī)本體中，使其宏觀(guān)性能大大優(yōu)于兩相摻混復(fù)合的納米材料。
具體實(shí)施例實(shí)施例1第一步是制備硅烷單體。在真空條件下，使(3-氨丙基)三乙氧基硅烷與(2，3-環(huán)氧丙基)苯醚按照1∶2的摩爾比例反應(yīng)，反應(yīng)在50℃溫度條件下，進(jìn)行24小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為N-(2-二羥基丙基苯醚)-3-胺丙基三乙氧基硅烷[R2N(CH2)3Si(OC2H5)3，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]。第二步是制備多羥基倍半硅氧烷。把第一步的產(chǎn)物按1∶1.5的比例溶于四氫呋喃(THF)，并按H2O∶Si＝3的用量比例加入水，按NaOH∶Si＝0.5的用量比例加入氫氧化鈉(催化劑)，在50℃的溫度條件下，水解縮合反應(yīng)24小時(shí)，即為粘稠狀、單一形態(tài)的倍半硅氧烷(多羥基有機(jī)-無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)單元)T8(OH)2[T＝R2N(CH2)3SiO1.5，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]。產(chǎn)物可經(jīng)多次溶水提純后，在95℃下加熱24小時(shí)，然后研磨成白色粉末。此產(chǎn)物可作為結(jié)構(gòu)組裝中間體(納米顆?；蚪Y(jié)構(gòu)單元)，進(jìn)行單元與單元之間的掛鏈和橋連組裝，組裝制備具有耐高溫、高強(qiáng)度、超透明、低介電常數(shù)等功能的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米結(jié)構(gòu)材料。
實(shí)施例2(第一步與實(shí)施例1.中的第一步內(nèi)容相同)第二步是制備多羥基倍半硅氧烷。把第一步的產(chǎn)物按1∶1.5的比例溶于四氫呋喃(THF)，并按H2O∶Si＝3的用量比例加入水，按CHOOH Si＝3的用量比例加入甲酸(催化劑)，在50℃的溫度條件下，水解縮合反應(yīng)24小時(shí)，產(chǎn)物為粘稠狀、多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T8～T10。此產(chǎn)物經(jīng)多次溶水提純后，在95℃下加熱24小時(shí)，可研磨成白色粉末。此中間體可用于制備具有較強(qiáng)的熱力學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化納米功能材料，成本較低。
實(shí)施例3(第一步與實(shí)施例1.中的第一步內(nèi)容相同)第二步是制備多羥基倍半硅氧烷中間體。把第一步的產(chǎn)物按1∶1.5的比例溶于四氫呋喃(THE)，并按H2O∶Si＝3的用量比例加入水，按NaOH∶Si＝0.05的用量比例加入氫氧化鈉(催化劑)，在50℃的溫度條件下，水解縮合反應(yīng)24小時(shí)，產(chǎn)物為聚合度較低的粘稠狀、多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T5～T10。此產(chǎn)物經(jīng)多次溶水提純后，在95℃下加熱24小時(shí)，可研磨成白色粉末。此中間體可用于制備具有較強(qiáng)的熱力學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等性能的薄膜或塊體材料，成本較低。
權(quán)利要求
1.一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法，其特征在于該多羥基倍半硅氧烷是按照控制酸或堿催化劑的比例及不同工藝條件制得第一步是制備硅烷單體，在真空條件下，使(3-氨丙基)三乙氧基硅烷與(2，3-環(huán)氧丙基)苯醚按照1∶2摩爾比例反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～70℃，反應(yīng)時(shí)間為20～30小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為N-[(2-二羥基丙基苯醚)]-3-氨丙基三乙氧基硅烷[R2N(CH2)3Si(OC2H5)3，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]；第二步是制備多羥基倍半硅氧烷，把硅烷單體按1∶1～2的比例溶于四氫呋喃，并按H2O∶Si＝1～6的比例加入水，溫度在30～70℃條件下，水解縮合反應(yīng)為20～30小時(shí)，此步開(kāi)始時(shí)，分別加入不同比例酸或堿催化劑，可分別制備三類(lèi)不同的多羥基倍半硅氧烷∶(1)按NaOH∶Si＝0.4～0.6的用量比例加入氫氧化鈉時(shí)，產(chǎn)物為單一的多羥基有機(jī)-無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)單元T8(OH)2[T＝R2N(CH2)3SiO1.5，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]；(2)按CHOOH∶Si＝1～6的用量比例加入甲酸時(shí)，產(chǎn)物主要成分為多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T8～T10；(3)按NaOH∶Si＝0.01～0.1的用量比例加入氫氧化鈉時(shí)，產(chǎn)物為聚合度較低的多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T5～T10；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法，其特征在于所述三類(lèi)多羥基倍半硅氧烷為粘稠狀液態(tài)，此產(chǎn)物也可經(jīng)多次溶水提純后，在80～110℃下加熱20～30小時(shí)，然后研磨制備成白色粉末狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法，其特征在于制備過(guò)程中控制酸或堿催化劑的比例及工藝條件不同，第一步是制備硅烷單體，在真空條件下，使(3-氨丙基)三乙氧基硅烷與(2，3-環(huán)氧丙基)苯醚按照1∶2的摩爾比例反應(yīng)，反應(yīng)在50℃溫度條件下，進(jìn)行24小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為N-(2-二羥基丙基苯醚)-3-胺丙基三乙氧基硅烷[R2N(CH2)3Si(OC2H5)3，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]；第二步是制備多羥基倍半硅氧烷，把第一步的產(chǎn)物按1∶1.5的比例溶于四氫呋喃，并按H2O∶Si＝3的用量比例加入水，按NaOH∶Si＝0.5的用量比例加入氫氧化鈉，在50℃的溫度條件下，水解縮合反應(yīng)24小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)多次溶水提純后，在95℃下加熱24小時(shí)，然后研磨成白色粉末，即為多羥基有機(jī)-無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)單元T8(OH)2[T＝R2N(CH2)3SiO1.5，R＝(C6H5)OCH2CH(OH)CH2]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法，其特征在于，制備過(guò)程中控制酸或堿催化劑的比例及工藝條件不同，第一步與實(shí)施例1.中的第一步內(nèi)容相同；第二步是制備多羥基倍半硅氧烷，把第一步的產(chǎn)物按1∶1.5的比例溶于四氫呋喃，并按H2O∶Si＝3的用量比例加入水，按CHOOH Si＝3的用量比例加入甲酸，在5 0℃的溫度條件下，水解縮合反應(yīng)24小時(shí)，產(chǎn)物的主要成分為多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T8～T10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法，其特征在于，制備過(guò)程中控制酸或堿催化劑的比例及工藝條件不同，第一步與實(shí)施例1.中的第一步內(nèi)容相同；第二步是制備多羥基倍半硅氧烷中間體，把第一步的產(chǎn)物按1∶1.5的比例溶于四氫呋喃，并按H2O∶Si＝3的用量比例加入水，按NaOH∶Si＝0.05的用量比例加入氫氧化鈉，在50℃的溫度條件下，水解縮合反應(yīng)24小時(shí)，產(chǎn)物為聚合度較低的多形態(tài)的多羥基倍半硅氧烷中間體T5～T10。
全文摘要
一種多羥基倍半硅氧烷的制備方法，制備的多羥基倍半硅氧烷，可作為制備各類(lèi)有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化納米結(jié)構(gòu)材料的中間體。本發(fā)明是按照下述催化劑配比及方法制得(1)在真空條件下，使三乙氧基硅烷與苯醚按照1∶2摩爾比例反應(yīng)，反應(yīng)溫度為30～70℃，反映時(shí)間為20～30小時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為硅烷單體。(2)把(1)產(chǎn)的硅烷單體按1∶1～2的比例溶于四氫呋喃，并按H
文檔編號(hào)C07F7/00GK1513858SQ03134129
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者胡立江 申請(qǐng)人:胡立江