一种硅烷化反应的测试方法技术

本发明专利技术提供了一种硅烷化反应的测试方法，包括将硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料进行高速混合；将得到的混合物在30～200℃条件下反应10～180分钟，得到待测样品；萃取出未反应的硅烷偶联剂，然后定量未反应的硅烷偶联剂，计算得到硅烷化反应的效率。该测试方法具备原材料简单易得，样品制备过程简单快速且通量高，可以动态跟踪反应过程，可以准确定量等优点。并且可以从反应温度、反应时间、无机材料种类、催化剂选择四个维度来评价硅烷化反应的效率，并且进行优化调整。

A test method of silanization reaction

【技术实现步骤摘要】
一种硅烷化反应的测试方法
本专利技术涉及硅烷化反应测试方法领域，具体地说，是涉及一种硅烷化反应的测试方法，特别是硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料发生硅烷化反应的测试方法。
技术介绍
硅烷偶联剂(简称“SCA”或“硅烷”)，最早是20世纪40年代由美国的联合化合物公司和道康宁公司首先开发的，主要用于以硅酸盐、二氧化硅为填料的塑料和橡胶的加工及其性能的改进。硅烷既可以作为过渡层，改善涂层在金属表面的附着力。也可以作为防腐层，其防腐性能优于磷化膜。试验表明，硅烷偶联剂分子结构的Si-O键数目越多，与金属基材结合的机会就越多，所形成的网状结构覆盖硅烷膜层愈致密，对金属基材的防腐蚀效果越好。(引自：许育东,陈云帮,石敏,等.金属表面硅烷化处理应用的研究[J].金属功能材料,2011,18(5):66-69.)硅烷化处理是以有机硅烷为主要原料对金属或非金属材料进行表面处理的过程。硅烷含有两种不同化学官能团，一端能与无机材料(如玻璃纤维、硅酸盐、二氧化硅、金属及其氧化物)表面的羟基反应生成共价键；另一端能与聚合物(树脂、橡胶、塑料、纤维)生成共价键，从而使两种性质差别很大的材料结合起来，起到提高复合材料性能的作用。硅烷化处理可描述为四步反应模型，(1)与硅相连的3个Si-OR基水解成Si-OH；(2)Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷；(3)低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键；(4)加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键连接，但在界面上硅烷的硅羟基与基材表面只有一个键合，剩下两个Si-OH或者与其他硅烷中的Si-OH缩合，或者游离状态。(引自：荣光，李新立.金属表面处理环保新技术——硅烷化处理[J].2008年西部电镀涂装高层论坛，2009.)硅烷化反应有非常广泛的应用，如：金属表面硅烷化处理、白炭黑表面硅烷化处理增强橡胶、硅粉水泥表面硅烷化处理、有机药物的母体化合物硅烷化处理等。但是，硅烷化反应效率较低，需要一定的反应温度，甚至需要加入催化剂来提高硅烷化反应效率。因此，硅烷化反应定量分析就变得尤为重要。目前，有资料介绍的硅烷化反应的表征方法是：核磁、红外、GC-MS、元素分析、比重、折光率等，这些方法只能定性或半定量地进行分析，较难得到准确的结论。专利CN107478781A提供了一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法，该方法的基本原理是用硅烷偶联剂与白炭黑反应所导致的胶料的模量改变量与白炭黑粒子都吸附聚集在一起所导致的胶料的模量改变量的比值表征硅烷化反应率。样品制备过程非常复杂，其中涉及通过橡胶密炼工艺制备橡胶复合物。橡胶密炼过程和测试过程误差较大，一般为±5％。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提出了一种硅烷化反应的测试方法，具体而言是硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料发生硅烷化反应的测试方法。更优选的是，硅烷偶联剂与二氧化硅发生硅烷化反应的测试方法。本专利技术的目的是提供一种硅烷化反应的测试方法，包括以下步骤：(1)将硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料进行高速混合；(2)将步骤(1)得到的混合物在30～200℃条件下反应10～180分钟，得到待测样品；(3)萃取出未反应的硅烷偶联剂，然后定量未反应的硅烷偶联剂，最后计算得到硅烷化反应的效率。其中，所述含有羟基的无机材料优选自玻璃纤维、硅酸盐、二氧化硅、金属及其氧化物中的至少一种。所述硅烷偶联剂可选择常用的硅烷偶联剂如3-氯丙基三乙氧基硅烷、原硅酸四乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)二硫化物等中的至少一种，优选为沸点为180～300℃、且20～180℃不分解的硅烷偶联剂，更优选3-氯丙基三乙氧基硅烷。优选地，步骤(1)中，以重量份计，无机材料为100份，硅烷偶联剂为20～100份，优选为50～100份。在以上硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料的混合物中还可以加入催化剂，然后再次间歇高速混合。所述催化剂可选择硅烷化反应中常用的催化剂，优选为四水合四硼酸钾、二丁基二月桂酸锡、二苯基胍、聚乙烯亚胺、离子液体中的至少一种，更优选为二苯基胍。以无机材料为100重量份计，催化剂用量优选为1～10份。优选地，步骤(1)中，混合方式为间歇混合，转速为2000～6000转/min，优选为3000～5000转/min；混合时间为5秒～30秒，优选10秒～30秒；间歇时间为10秒～60秒，优选30秒～40秒；重复混合2次～5次，优选3次～4次。反应原料中，硅烷偶联剂为液态，无机填料为固态，高速混合可以使两相的物质充分接触以进行反应。步骤(1)中，混合所采用设备为能实现高速混合的设备，本专利技术中优选高速万能粉碎机，如手提式高速万能粉碎机(ZK-100B型)进行混合。优选地，步骤(2)中，在30～200℃的温度范围内每隔1～60℃进行温度设定，得到不同反应温度的待测样品。优选地，步骤(2)中，在10～180分钟的反应时间范围内每隔1～50min进行时间设定，得到不同反应时间的待测样品。步骤(3)中，优选采用溶剂萃取方法萃取出步骤(2)得到待测样品中未反应的硅烷偶联剂。所用溶剂选自液态醇类，优选自甲醇、乙醇、异丙醇中的一种。萃取时，所述硅烷偶联剂浓度为1mg/ml～10mg/ml，优选4mg/ml～10mg/ml。根据本专利技术的一个优选的实施方案中，称取100mg待测样品，放入10ml容量瓶中，加入适量乙醇，样品静置浸泡24小时进行萃取。步骤(3)中，定量未反应的硅烷偶联剂的方法可采用通常的定量测定方法，如气相色谱法、高效液相色谱法、核磁法等，优选采用气相色谱法。本专利技术的硅烷化反应的测试方法，具体可包括以下步骤：将所述原料加入到手提式高速万能粉碎机(ZK-100B型)中进行高速混合。混合时间为30秒，停顿30秒，重复操作3次。然后加入适量的催化剂，或者不用催化剂，用手提式高速万能粉碎机(ZK-100B型)进行高速混合。混合时间为30秒，停顿30秒，重复操作3次。将混合好的混合物在30℃～200℃的烘箱中反应10～180分钟，得到待测样品。采用气相色谱采用标准曲线法进行定量，定量出的结果为未参与反应的硅烷偶联剂的质量百分比浓度，由此可以判断硅烷化反应的效率。本专利技术中测试方法，将硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料高速混合后进行热处理反应，可以进行反应条件改变，如：加入不同种类的催化剂、改变反应温度、改变反应时间。然后采用溶剂萃取的方法萃取出未反应的硅烷偶联剂，用气相色谱定量溶剂中未反应的硅烷偶联剂，计算出未反应的硅烷偶联剂的质量百分比浓度，以此来判断硅烷化反应的反应效率。本专利技术主要是测试无机材料中未参与反应的硅烷偶联剂在反应前后含量的变化，因此硅烷偶联剂用量大大过量。本专利技术提供的方法的创新点是：将硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料混合后进行热处理反应，然后萃取出未反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅烷化反应的测试方法，其特征在于所述测试方法包括以下步骤：/n(1)将硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料进行高速混合；/n(2)将步骤(1)得到的混合物在30～200℃条件下反应10～180分钟，得到待测样品；/n(3)萃取出未反应的硅烷偶联剂，然后定量未反应的硅烷偶联剂，计算得到硅烷化反应的效率。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅烷化反应的测试方法，其特征在于所述测试方法包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂与含有羟基的无机材料进行高速混合；
(2)将步骤(1)得到的混合物在30～200℃条件下反应10～180分钟，得到待测样品；
(3)萃取出未反应的硅烷偶联剂，然后定量未反应的硅烷偶联剂，计算得到硅烷化反应的效率。


2.根据权利要求1所述的硅烷化反应的测试方法，其特征在于：
所述含有羟基的无机材料选自玻璃纤维、硅酸盐、二氧化硅、金属及其氧化物中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的硅烷化反应的测试方法，其特征在于：
所述硅烷偶联剂选自3-氯丙基三乙氧基硅烷、原硅酸四乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、双-(γ-三乙氧基硅基丙基)二硫化物中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的硅烷化反应的测试方法，其特征在于：
步骤(1)中，以重量份计，无机材料为100份，硅烷偶联剂为20～100份，优选为50～100份。


5.根据权利要求1所述的硅烷化反应的测试方法，其特征在于：
步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄博鸣，高剑琴，董栋，张宁，
申请(专利权)人：北京彤程创展科技有限公司，彤程新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11