两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂、硅氧烷环体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂、硅氧烷环体及其制备方法，其中两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂和硅氧烷环体的结构式分别如式(1)、式(2)和式(5)所示；其中，R

Amphoteric ammonium carboxylate type silane coupling agent, siloxane ring and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂、硅氧烷环体及其制备方法
本专利技术涉及新型两性离子化合物，具体地说涉及一种两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂、硅氧烷环体及其制备方法。
技术介绍
对于长时间运行的光伏发电系统，面板积尘对其影响不可小觑。面板表面的灰尘具有反射、散射和吸收太阳辐射的作用，可降低太阳的透过率，造成面板接收到的太阳辐射减少，输出功率也随之减小，其作用与灰尘累积厚度成正比。此外，因为灰尘吸收太阳辐射可使光伏面板升温，并且灰尘中含有一些腐蚀性的化学成分，这也使其光电转换效率降低。面板表面的灰尘在不同的太阳辐射、环境温度、遮挡和腐蚀等作用下对光伏系统的发电性能和使用情况等有不同程度的影响。灰尘对光伏电站的在一天的各个时段也有所不同，早晚发电量差别最大，中午最小，因为经过清洁后的光伏组件弱光响应能力大大增强，早晚光线较弱时能大幅度提高发电量；接近中午时，辐照度高，已经接近组件最大输出功率，提高的发电率低，但提高的发电量高。灰尘是颗粒物质，其来源分为自然来源和人为来源。包括：土、沙和岩石在风的作用下形成的细小颗粒和一些动植物的生物质；工业、建筑物和交通等产生的扬尘。灰尘的成分比较复杂，有的是酸性物质，有的是碱性物质，而晶硅光伏面板的主要成分为二氧化硅和石灰石等，如果灰尘碰到空气中的水汽变湿润，就可与面板的组成物质产生酸性或碱性反应。一段时间后，光伏玻璃面板表面在酸性或碱性环境的侵蚀下逐渐发生腐蚀、损伤，使表面变得坑坑洼洼，导致光伏面板的光学性能衰减，太阳辐射在面板表面发生漫反射，破坏太阳辐射在光伏面板中传播的均匀性。此外，光伏面板的其他部位也会受到湿润灰尘的腐蚀，比如结合处、支架等部分，其材料多是各类金属，发生腐蚀后易导致破损、安全性减弱等问题，可能因强风、地震等自然因素遭到破坏而减少光伏面板服役的寿命。硅烷偶联剂一端的硅氧烷官能团，水解后与玻璃以硅氧化学键产生牢固的结合，对玻璃表面产生修饰作用，改变表面的物理和化学特性；一定层度提升玻璃的光学性能，两性离子化合物在酸性及碱性条件下均具有优良的稳定性，配伍性良好。具有优良的去污杀菌、抗静电性、耐硬水性和防锈性。通过选择合适的化学反应路线可以在硅烷偶联剂中引入特定的两性离子功能性基团，引入，可以改进玻璃的表面性质，使玻璃表面获得抗静电性、耐酸碱性；与防护涂料复配可以提高光伏组件金属支架的防锈性的特性。随着对两性离子化合物性质的认识不断加深，两性离子化合物的生物学特性以及对蛋白质吸附的抑制特性也受到了研究者的重视，已开始将其应用于各种抑制蛋白质吸附的材料制备中。两性离子化合物形成的界面分子结构的优异防污性能已为一系列国内外研究结果所证实，如防海洋生物污损等，所以针对一些近海滩涂的光伏电站中用这种两性离子硅烷偶联剂改性防护涂料可以有效起到防止海洋生物附着导致的效率损失。然而，目前两性离子化合物产品种类非常有限，缺少商业化产品。因此高效合成两性离子化合物硅烷偶联剂在各种材料表面修饰和材料改性领域的具有很大的潜力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够应用于材料表面化学改性和接枝改性领域的可商业化的新型两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂、硅氧烷环体和及其高效的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂，结构式为：其中，R1为含1～3个碳原子的烷基，a为0、1、2；R3和R2为甲基或乙基；m为2、3或4；n为1～5的整数。一种上述的两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂的第一中间体，结构式为：其中，R3和R2为甲基或乙基；m为2、3或4；n为1～5的整数。上述的第一中间体的制备方法，包括以下步骤：S1、将摩尔比1∶0.8～1.5的和Cl-(CH2)n-COO-盐溶解在有机溶剂中，并在惰性气体保护、加热温度为70℃～90℃的条件下，回流搅拌10～14小时，铵化反应得到含有所述第一中间体、盐酸盐和少量未反应的的混合物；S2、将上述混合物提纯得到所述第一中间体。优选地，所述步骤S2具体包括：S2-1、将上述混合物减压浓缩或真空蒸馏，获得第一中间体-盐酸盐的结晶母液；S2-2、将所述结晶母液初步蒸发浓缩并加入少量异丙醇，得到盐酸盐混晶粗品，用分离溶剂洗涤除杂，将含所述所述第一中间体的滤液合并；S2-3、将含所述所述第一中间体的滤液旋转蒸发浓缩得到浓缩液，蒸发温度为45℃～50℃，至晶体开始析出时，将所述浓缩液于0～4℃低温结晶，过滤并干燥得到所述第一中间体。一种制备上述的两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂的第二中间体，结构式为：其中，R3和R2为甲基或乙基；m为2、3或4；n为1～5的整数；b为1、2或3。一种制备上述的第二中间体的制备方法，包括以下步骤：SS1、将权利要求3所述的第一中间体、karstedt催化剂、阻聚剂和无水甲苯，充分搅拌均匀，在惰性气体的保护下升温至55～65℃，反应25分钟后，降温、搅拌，缓慢滴加含所述的第一中间体摩尔量0.85-1.05倍含氯硅烷或硅氧烷的无水甲苯溶剂，搅拌反应4-8小时，含有所述第二中间体的得到淡黄色溶液；SS2、提纯所述淡黄色溶液，得到所述的第二中间体。一种硅氧烷环体，结构式为：进一步地，包括以下步骤：SSS1、在正己烷溶剂中，先加入R1-OH，搅拌均匀，升高温度至45-55℃，在惰性气体保护下，将权利要求7所述的第二中间体缓慢滴加，同时继续搅拌；SSS2、滴完后再升温回流3.5-4.5小时，加入R1-O-的盐调节pH值至中性，过滤沉淀，将滤液真空蒸馏冷却得所述的硅氧烷环体。一种硅氧烷环体，结构式为：一种上述的硅氧烷环体的制备方法，包括以下步骤：SSSS1、将权利要求3中所述的第一中间体、karstedt催化剂、阻聚剂和无水甲苯，充分搅拌均匀；SSSS2、在惰性气体保护下升温至55℃-65℃，25-35分钟后，降温至25-35℃；SSSS3、搅拌，缓慢滴加含四甲基四氢环四硅氧烷的无水甲苯溶剂，搅拌反应5.5-6.5小时，得到淡黄色溶液；SSSS4、真空蒸馏浓缩所述淡黄色液体，得到权利要求9所述的硅氧烷环体。本专利技术的有益效果：本专利技术的两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂满足了特别材料表面修饰方面的应用需求，并且能够商业化。本专利技术还提供了一种能够高效合成该两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂的方法。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1制备第一中间体：在1升三口圆底烧瓶中加入100克烯丙基二甲基胺、120克氯乙酸钠和400克无水乙醇，在氮气保护下加热至80℃回流搅拌12小时，铵化反应得到含有烯丙基二甲基铵乙酸两性离子内盐(第一中间体)、少量未反应烯丙基二甲基胺和氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂，其特征在于，结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂，其特征在于，结构式为：



其中，R1为含1～3个碳原子的烷基，a为0、1、2；R3和R2为甲基或乙基；m为2、3或4；n为1～5的整数。


2.一种权利要求1所述的两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂的第一中间体，其特征在于，结构式为：



其中，R3和R2为甲基或乙基；m为2、3或4；n为1～5的整数。


3.一种权利要求2所述的第一中间体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将摩尔比1：0.8～1.5的和Cl-(CH2)n-COO-盐溶解在有机溶剂中，并在惰性气体保护、加热温度为70℃～90℃的条件下，回流搅拌10～14小时，铵化反应得到含有所述第一中间体、盐酸盐和少量未反应的的混合物；
S2、将上述混合物提纯得到所述第一中间体。


4.根据权利要求3所述的第一中间体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S2-1、将上述混合物减压浓缩或真空蒸馏，获得第一中间体-盐酸盐的结晶母液；
S2-2、将所述结晶母液初步蒸发浓缩并加入少量异丙醇，得到盐酸盐混晶粗品，用分离溶剂洗涤除杂，将含所述所述第一中间体的滤液合并；
S2-3、将含所述所述第一中间体的滤液旋转蒸发浓缩得到浓缩液，蒸发温度为45℃～50℃，至晶体开始析出时，将所述浓缩液于0～4℃低温结晶，过滤并干燥得到所述第一中间体。


5.一种制备权利要求1所述的两性离子羧酸铵型硅烷偶联剂的第二中间体，其特征在于，结构式为：



其中，R3和R2为甲基或乙基；m为2、3或4；n为1～5的整数；b为1、2或3。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩鹏，苟斌，邱细妹，陈士民，余汉成，居学成，
申请(专利权)人：深圳市旭生三益科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44