一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷及其制备方法，属于有机‑无机杂化材料技术领域。本发明专利技术提供的笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷具有POSS分子骨架的结构特点，其分子结构中同时具有两种有机侧基，分别为环氧基和苯基，其中苯基可提供较高的热稳定性，环氧基具有反应活性，可以进一步与其他基团发生反应从而转变为其他官能团，可用于进一步制备多种含功能基团的POSS衍生物；同时，在转化的过程中，笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的有机侧基数量不发生变化，具有良好的化学结构稳定性。本发明专利技术提供了上述笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的制备方法，此法成本低、原料易得、操作简单，所得产物重复性好且产率高。

A cage structure epoxy phenyl silsesquioxane and its preparation method

The invention provides a cage structure epoxy phenyl silsesquioxane and a preparation method thereof, belonging to the technical field of organic-inorganic hybrid materials. The cage structure epoxy phenyl silsesquioxane provided by the present invention has the structural characteristics of POSS molecular framework. In its molecular structure, there are two organic side groups, epoxy group and phenyl group, respectively. Among them, phenyl group can provide high thermal stability, epoxy group has reactive activity, can further react with other groups to change into other functional groups, and can be used for further study At the same time, in the process of transformation, the number of organic side groups of cage structure epoxy phenyl silsesquioxane does not change, and it has good chemical structure stability. The invention provides a preparation method of the cage structure epoxy phenyl silsesquioxane, which has the advantages of low cost, easy access to raw materials, simple operation, good repeatability and high yield.

【技术实现步骤摘要】
一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷及其制备方法
本专利技术涉及有机-无机杂化材料
，特别涉及一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷及其制备方法。
技术介绍
多面体低聚硅倍半氧烷(polyhedraloligomericsilsesquioxane，POSS)指分子式为(RSiO1.5)n的聚硅氧烷，POSS分子结构规整，分子尺寸小，结构上既含有无机硅氧烷的“骨架”结构，又可以通过侧基引进有机基团。Si-O-Si骨架结构具有热稳定性和化学稳定性，其中密度较大的无机含硅内核能抑制它的链运动而赋予其良好的耐热性能，相应的有机侧基则赋予其良好的韧性和可加工性，这种典型的无机-有机杂化材料同时具备有机聚合物和无机陶瓷的基本特征。由于两种不同性质基团的同时存在，大大提高了其在聚合物中的相容性，反应性的有机侧基还可以通过聚合反应实现在聚合物中的分子级分散。反应性基团还可提供反应位点，从而具有可设计性，扩大其应用范围。因此POSS具有广泛的应用前景，且已广泛应用在高耐热，阻燃聚合物材料中。一般通过脱水缩合得到的具有规整笼型结构的硅倍半氧烷的有机侧基较为单一且数量过多，不能同时满足某些特定的应用环境。因此，进一步设计出同时含有两种官能团结构的规整笼型结构的硅倍半氧烷是非常必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷及其制备方法。本专利技术提供的笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷同时含有环氧基和苯基，具有良好的热稳定性和化学结构稳定性，且具有良好的反应活性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷，具有式I、式II、或式III所示的结构：式I、式II或式III中，R为在式I、式II或式III中，所述同时存在。本专利技术提供了上述笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的制备方法，包括以下步骤：将苯基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、溶剂和催化剂混合，进行缩合反应，得到笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷。优选的，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:2～2:1。优选的，所述溶剂为丙酮、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷在溶剂中的总摩尔浓度为0.5～1mol/L。优选的，所述催化剂为氢氧化钾，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷的总摩尔量与催化剂的质量比为1mol:1～1.5g。优选的，所述缩合反应的温度为40～80℃，所述缩合反应的时间为24～72h。优选的，所述缩合反应后，还包括对所得缩合反应液进行后处理，所述后处理包括以下步骤：将所得缩合反应液与水混合，加入NaCl和醋酸析出沉淀，然后依次进行过滤、洗涤和干燥，得到笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷固体。优选的，所述缩合反应液与NaCl和醋酸的用量比为150mL:5～10g:0.10～0.12g。优选的，所述干燥的温度为40～60℃。本专利技术提供了一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷，具有式I、式II、或式III所示的结构。本专利技术提供的笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷具有POSS分子骨架的结构特点，其分子结构中同时具有两种有机侧基，分别为环氧基和苯基，其中苯基可提供较高的热稳定性，环氧基具有反应活性，可以进一步与其他基团发生反应从而转变为其他官能团，可用于进一步制备多种含功能基团的POSS衍生物；同时，在转化的过程中，笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的有机侧基数量不发生变化，具有良好的化学结构稳定性。实施例结果表明，本专利技术提供的笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷在400℃的温度下，产物仅失重1％，且初始分解温度高达440℃，最大分解速率温度高达480℃，具有优异的热稳定性。本专利技术提供了上述笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的制备方法，此法成本低、原料易得、操作简单，所得产物重复性好且产率高。附图说明图1是实施例1～3所得产物的红外光谱图；图2是实施例1～3所得产物的核磁共振氢谱图；图3是实施例1～3所得产物的MALDI-TOF-MS质谱分析谱图；图4是实施例1～3所得产物的TGA-DTG谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷，具有式I、式II、或式III所示的结构：式I、式II或式III中，R为在式I、式II或式III中，所述同时存在。本专利技术提供的笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷具有POSS分子骨架的结构特点，其分子结构中同时具有两种有机侧基，分别为环氧基和苯基，所述环氧基具体为带环氧基的(3,4-环氧环己烷)乙基，其中苯基可提供较高的热稳定性，环氧基具有反应活性，可以进一步与其他基团发生反应从而转变为其他官能团，可用于进一步制备多种含功能基团的POSS衍生物；同时，在转化的过程中，笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的有机侧基数量不发生变化，具有良好的化学结构稳定性。本专利技术提供了上述笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的制备方法，包括以下步骤：将苯基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、溶剂和催化剂混合，进行缩合反应，得到笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷。在本专利技术中，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷的摩尔比优选为1:2～2:1，更优选为1:1；所述溶剂优选为丙酮、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷在溶剂中的总摩尔浓度优选为0.5～1mol/L，更优选为0.6～0.8mol/L。在本专利技术中，所述催化剂优选为氢氧化钾，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷的总摩尔量与催化剂的质量比优选为1mol:1～1.5g，更优选为1mol:1g。本专利技术优选先加入苯基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷和溶剂进行混合，升温至缩合反应温度后再加入催化剂。在本专利技术中，所述混合的方式优选为磁力搅拌混合，所述磁力搅拌的转速优选为100～300rpm，更优选为200rpm；本专利技术对所述磁力搅拌的时间没有特殊的要求，能够将所述苯基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷和溶剂混合均匀即可。在本专利技术中，所述催化剂氢氧化钾优选以氢氧化钾水溶液的形式加入，所述氢氧化钾水溶液的质量浓度优选为0.01～0.0125g/mL。在本专利技术中，所述氢氧化钾水溶液的加入方式优选为滴加。在本专利技术中，所述缩合反应的温度优选为40～80℃，更优选为50～70℃，所述缩合反应的时间优选为24～72h，更优选为48～60h。本专利技术优选在磁力搅拌的条件下进行缩合反应；本专利技术从催化剂加入完成后开始计算反应时间。在本专利技术中，所述缩合反应的反应路线如式a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷，其特征在于，具有式I、式II、或式III所示的结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷，其特征在于，具有式I、式II、或式III所示的结构：



式I、式II或式III中，R为在式I、式II或式III中，所述同时存在。


2.权利要求1所述的笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将苯基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、溶剂和催化剂混合，进行缩合反应，得到笼型结构环氧基苯基硅倍半氧烷。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:2～2:1。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、乙腈、四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，所述苯基三甲氧基硅烷和2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷在溶剂中的总摩尔浓度为0.5～1mol/L。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣杰，刘磊春，张文超，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11