一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷及其制备方法，属于金属‑有机‑无机杂化材料技术领域。本发明专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷热稳定性高，其在保持笼形结构的条件下拥有三个具有高反应活性的基团，分别为两个Si‑OH和一个Si‑ONa，可以进一步通过封角反应得到更多功能化的POSS衍生物。同时本发明专利技术提供的制备方法操作简单，合成周期短，产率高，重复性好，适合工业化大批量生产。

A kind of incomplete polycondensation cage phenylsilsesquioxane containing alkali metal sodium and its preparation method

The invention provides an incomplete polycondensation cage shaped phenyl silsesquioxane containing alkali metal sodium and a preparation method thereof, belonging to the technical field of metal \u2011 organic \u2011 inorganic hybrid material. The incompletely polycondensated caged phenylsilsesquioxane containing alkali metal sodium has high thermal stability, and has three groups with high reaction activity under the condition of maintaining cage structure, which are two Si \u2011 oh and one Si \u2011 ona, respectively. More functional poss derivatives can be obtained through angle sealing reaction. At the same time, the preparation method has the advantages of simple operation, short synthesis cycle, high yield, good repeatability, and is suitable for industrial mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷及其制备方法
本专利技术涉及金属-有机-无机杂化材料
，特别涉及一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷及其制备方法。
技术介绍
不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷具有不完全缩聚笼型结构和多个活性基团，其种类、数目繁多，而且具有规整的结构、纳米尺寸、优良的相容性和可修饰性，使其成为分子结构设计和材料改性中的良好选择，是当前有机无机材料科学领域研究的热点之一。金属倍半硅氧烷中由于有金属元素的存在赋予了其某些特殊的性质，尤其在催化剂方面的运用，然而现阶段的金属倍半硅氧烷大多是以不完全缩聚的含有Si-OH的倍半硅氧烷作为原料制备，其价格昂贵，产率较低，且Si-OH较为不稳定，容易自聚，这给金属倍半硅氧烷的应用带来很大的限制。且由于含碱金属的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷具有较强的反应性和较高的易变性，这些特点使得其更较难合成和分离。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷及其制备方法。本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷反应活性高，热稳定性高，结构稳定性好，且制备方法操作简单，合成周期短，产率高。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含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷，具有式I所示的结构：本专利技术提供了上述含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷的制备方法，包括以下步骤：将苯基三烷氧基硅烷、含金属钠的碱性物质、有机溶剂和水混合，进行成环缩聚反应，得到含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷。优选的，所述苯基三烷氧基硅烷为苯基三甲氧基硅烷和/或苯基三乙氧基硅烷。优选的，所述含金属钠的碱性物质为氢氧化钠、乙醇钠和甲醇钠中的一种或几种。优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、氯仿、二氯甲烷、甲苯和苯中的一种或几种。优选的，所述苯基三烷氧基硅烷、含金属钠的碱性物质和水的摩尔比为(0.5～1)：(0.4～0.7)：(0.8～1.8)。优选的，所述苯基三烷氧基硅烷与有机溶剂的用量比为(0.8～1)g：(1.5～7)mL。优选的，所述成环缩聚反应的温度为55～70℃，时间为12～24h。优选的，所述成环缩聚反应后，还包括对所述成环缩聚反应液进行后处理，所述后处理包括以下步骤：将所述成环缩聚反应液依次进行过滤、洗涤和干燥，得到含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷固体。优选的，所述干燥的温度为180～200℃。本专利技术提供了一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷，具有式I所示的结构。本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷在保持笼形结构的条件下拥有三个具有高反应活性的基团，分别为两个Si-OH和一个Si-ONa，可以进一步通过封角反应得到更多功能化的笼型聚倍半硅氧烷(POSS)衍生物；同时本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷热稳定性高。实施例结果表明，本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷在热重分析时T95％为386.4℃，800℃残炭量为72.18％，具有很高的热稳定性。本专利技术提供了上述含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷的制备方法，此法操作简单，合成周期短，产率高，重复性好，适合工业化大批量生产。附图说明图1为实施例1制备的Na-Ph-POSS的FT-IR谱图；图2为实施例1制备的Na-Ph-POSS的1HNMR谱图；图3为实施例1制备的Na-Ph-POSS的MALDI-TOF-MS谱图；图4为实施例1制备的Na-Ph-POSS的TG谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷，具有式I所示的结构：本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷在保持笼形结构的条件下拥有三个具有高反应活性的基团，分别为两个Si-OH和一个Si-ONa，能够作为前驱体(如缺角闭环法的前驱体)与诸多具有活性官能团的化合物(如多氯金属化合物、多价金属醇盐和烷氧基硅烷等)反应，形成POSS衍生物。同时，本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷具有良好的热稳定性高和结构稳定性。本专利技术提供了上述含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷的制备方法，包括以下步骤：将苯基三烷氧基硅烷、含金属钠的碱性物质、有机溶剂和水混合，进行成环缩聚反应，得到含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷。在本专利技术中，所述苯基三烷氧基硅烷优选为苯基三甲氧基硅烷和/或苯基三乙氧基硅烷；所述含金属钠的碱性物质优选为氢氧化钠、乙醇钠和甲醇钠中的一种或几种；所述有机溶剂优选为四氢呋喃、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、氯仿、二氯甲烷、甲苯和苯中的一种或几种；所述水优选为蒸馏水，在本专利技术中，所述水的作用是使苯基三烷氧基硅烷中的烷氧基水解，进而促进成环缩聚反应。本专利技术优选在常温条件下进行混合，所述混合的方式优选为搅拌混合，所述搅拌的转速优选为30～100r/min，更优选为50～80r/min。在本专利技术中，所述苯基三烷氧基硅烷、含金属钠的碱性物质和水的摩尔比优选为(0.5～1)：(0.4～0.7)：(0.8～1.8)，更优选为(0.6～0.8)：(0.5～0.6)：(1～1.5)；所述苯基三烷氧基硅烷与有机溶剂的用量比优选为(0.8～1)g：(1.5～7)mL，更优选为0.9g：(3～5)mL。在本专利技术中，所述成环缩聚反应的温度优选为55～70℃，更优选为60～65℃；所述成环缩聚反应的时间优选为12～24h，更优选为18～20h。本专利技术优选在搅拌的条件下进行所述成环缩聚反应，所述搅拌的转速优选为30～100r/min，更优选为50～80r/min。在本专利技术中，当所述苯基三烷氧基硅烷为苯基三乙氧基硅烷时，所述成环缩聚反应的反应式如式a所示：本专利技术在所述成环缩聚反应后，还优选包括对所述成环缩聚反应液进行后处理，所述后处理优选包括以下步骤：将所述成环缩聚反应液依次进行过滤、洗涤和干燥，得到含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷固体。在本专利技术中，所述过滤优选为抽滤；在本专利技术中，所述洗涤用洗涤剂优选与所述成环缩聚反应时所用有机溶剂相同，本专利技术对所述洗涤的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的洗涤方式即可。在本专利技术中，所述干燥的方式优选为鼓风烘干，所述干燥的温度优选为180～200℃；本专利技术对所述干燥的时间没有特殊的要求，能够使固体中的水分完全去除即可。本专利技术所述制备方法以苯基三烷氧基硅烷作为起始原料，来源广泛，成本低；反应过程操作简单，条件温和，重复性好，具有产率高、合成周期短的优点。下面结合实施例对本专利技术提供的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷，其特征在于，具有式I所示的结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷，其特征在于，具有式I所示的结构：





2.权利要求1所述的含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将苯基三烷氧基硅烷、含金属钠的碱性物质、有机溶剂和水混合，进行成环缩聚反应，得到含碱金属钠的不完全缩聚笼形苯基倍半硅氧烷。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述苯基三烷氧基硅烷为苯基三甲氧基硅烷和/或苯基三乙氧基硅烷。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含金属钠的碱性物质为氢氧化钠、乙醇钠和甲醇钠中的一种或几种。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、氯仿、二氯甲烷、甲苯和苯中的一种或几种。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣杰，叶新明，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