一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法及应用技术

一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法及应用，本发明专利技术属于聚倍半硅氧烷制备技术领域。本发明专利技术是要解决现有技术中高介电常数聚合物添加剂用量大、成本高的技术问题。方法如下：先将氰基硅氧烷在弱酸条件下水解，再加入氨水，进行缩聚反应，得到混合液，再将混合液离心分离后得到固相物，再用水和乙醇分别洗涤，得到固体产物放入烘箱干燥，得到粉末即为高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉，并将其加入聚偏氟乙烯聚合物中，可得到高介电常数的聚偏氟乙烯复合材料。本发明专利技术制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉具有较高的介电常数，可用于航空航天、电子电器、交通运输医疗器械等领域。等领域。等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法及应用


[0001]本专利技术涉及含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法及应用，属于聚倍半硅氧烷制备


技术介绍

[0002]聚倍半硅氧烷是一种特殊的硅氧烷聚合物，结构通式为(SiO
1.5
R)
n
。其内部以Si
‑
O
‑
Si形成无机骨架，外部则以共价键键接的方式键接有机/无机基团，如芳香烃，烷烃，烯烃，羟基等。
[0003]在电工、电子
中，在储能方面具有特殊作用的高介电常数材料具有重要的作用，同时随着通讯和精细电工等行业的发展，对高储能密度、高介电常数材料的需求也日益增长。目前，现有技术对聚合物材料的介电性能改善具有广泛的研究，例如：中国专利CN101955621A公开了一种高介电常数聚合物基纳米复合材料的制备方法，该专利技术将粒度为30～60nm的钛酸钡粉体与粒度为0.1～0.2μm的聚偏氟乙烯加入无水乙醇中超声波分散后，烘干，并在粉末压片机上于180～200℃和10～15MPa压力下热压，得到高介电常数聚合物基纳米复合材料；其中，显著改善聚偏氟乙烯介电常数所需钛酸钡粉体的用量为钛酸钡粉体与聚偏氟乙烯总体积的45％～60％，用量较大，且成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有技术中高介电常数聚合物的添加剂用量大、成本高的技术问题，而提供一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法及应用。
[0005]本专利技术的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法，按以下步骤进行：
[0006]一、向反应器内加入水，用酸溶液或氰乙基三氯硅烷溶液调节电导率，在0～15℃的低温条件下边搅拌边加入氰基硅氧烷，使其均匀分散，并持续搅拌2～4h，得到水解后的硅醇溶液，该硅醇溶液为CN(CH2)
n
Si(OH)3(n＝2～3)及其部分缩聚物。本步骤中反应温度必须控制在0～15℃的低温条件的目的是抑制氰基基团发生水解；
[0007]二、保持0～15℃的低温条件，边搅拌边向步骤一中得到的硅醇溶液中加入氨水，然后持续搅拌2～2.5h进行缩聚反应，得到混合液。本步骤中缩聚反应为放热反应，温度控制在0～15℃的有益之处是既有利于控制聚合度，同时又可以抑制氰基基团水解；
[0008]三、将步骤二中得到的混合液离心分离，将得到固相物用水和乙醇分别洗涤，再经离心分离，得到的固体产物放入烘箱内恒温干燥后，得到白色粉末，该白色粉末即为高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉。
[0009]更进一步地，步骤一中所加入酸是醋酸、硅酸、次氯酸或磷酸；
[0010]更进一步地，步骤一中所述的氰基硅氧烷的分子式为：其中R1、R2、R3为烷氧基基团，R4为含
‑
CN的侧链基团；
[0011]更进一步地，烷氧基基团是OCH3或OCH2CH3。
[0012]更进一步地，含
‑
CN的侧链基团是CH2CH2CN或CH2CH2CH2CN。
[0013]更进一步地，步骤一中所述的氰基硅氧烷是氰乙基三甲氧基硅烷、氰乙基三乙氧基硅烷、氰丙基三甲氧基硅烷和氰丙基三乙氧基硅烷中的一种或其中几种的组合；
[0014]更进一步地，步骤一中酸的添加量随H2O的用量变化，可由酸溶液或氰乙基三氯硅烷溶液的电导率来控制，一般控制在3～50mS/m，电导率太低，水解反应不能充分进行，电导率太高，会使粒子的粒径分布加宽，因此需要格外注意控制；
[0015]更进一步地，步骤一中氰基硅氧烷与H2O的质量比控制在1：(5～20)，水量太少，会导致水解不完全，水量过大，会使氰基三硅醇的部分缩聚物析出，都会影响最终产物的合成效果；
[0016]更进一步地，步骤二中氨水的添加量与硅醇溶液中酸催化剂的量相关，氨水的加入量应为用来满足中和步骤一水解反应中的酸催化剂的量及缩聚反应所需催化剂的量之和，pH控制在10～11之间，氨水添加量过少导致缩聚反应不完全，氨水添加量过多导致碱性过强，容易导致氰基基团水解，亦会加快缩聚速度，使聚合度及粒径分布控制更加困难；
[0017]更进一步地，步骤三中离心机转速为4000～5000r/min，持续离心1h；
[0018]更进一步地，步骤三中烘箱内温度为80℃，干燥时间为8h。
[0019]上述方法制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的应用是将其作为填料加入聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)中，用来提高聚合物的介电常数。
[0020]更进一步地，将作为填料的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉经气流粉碎机解碎，得到粒径均匀微粉填料，使其在聚合物中具有更好的分散性和相容性；
[0021]更进一步地，高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的体积占聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)和高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉总体积的20％～40％。
[0022]聚倍半硅氧烷因其独特的有机无机纳米结构，具有优异的光学性能，热性能和力学性能，是当今提高聚合物材料性能的优异材料之一。
[0023]本专利技术制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉，通过水解、缩聚两步法合成，有效避免了现有技术中繁杂的反应界面维持，从而提高了生产效率。
[0024]本专利技术制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉，通过严格的温度把控及过程中的催化剂用量调节，很好的解决了活性基团氰基易水解的难题，保证了合成产物中氰基的含量，从而保证了其在聚合物改性中所起到的改善介电性能的作用，所涉及工艺简单、耗时短，且产率稳定。
[0025]本专利技术制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉合成催化体系为弱酸和氨水催化，催化原料简单易得，反应条件温和，操作简单可行，不需要特殊的设备，合成成本较低。
[0026]本专利技术制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉收率较高，可达79％～81％。
[0027]本专利技术制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉具有较高的介电常数，可以有效改善聚合物材料的介电性能，可应用于航空航天、电子电器、交通运输医疗器械等对介电性能有特殊要求的领域，具有较高的经济效益和应用前景。
附图说明
[0028]图1为实施例1制备的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的SEM图。
具体实施方式
[0029]用下面的实施例验证本专利技术的有益效果。
[0030]实施例1：本实施例的高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法是按以下步骤进行：
[0031]一：向反应器内加入150ml的水，用醋酸溶液将电导率调节至42mS/m后，在10℃条件下边搅拌边加入30ml的氰乙基三甲氧基硅烷，其分子式为：(CH3O)3SiCH2CH2CN，使其均匀分散，并持续搅拌反应3h，得到水解后的CN(CH2)2Si(OH)3及其部分缩聚物的硅醇溶液。
[0032]二：保持10℃条件下，边搅拌边向步骤一中得到的硅醇溶液中加入氨水，调节体系pH＝10，然后持续搅拌2h进行充分的缩聚反应，得到均匀分散的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法，其特征在于该方法的步骤如下：一、向反应器内加入水，用酸溶液或氰乙基三氯硅烷溶液调节电导率，在0～15℃的低温条件下边搅拌边加入氰基硅氧烷，使其均匀分散，并持续搅拌2～4h，得到水解后的硅醇溶液；二、保持0～15℃的低温条件，边搅拌边向步骤一中得到的硅醇溶液中加入氨水，然后持续搅拌2～2.5h进行缩聚反应，得到混合液；三、将步骤二中得到的混合液离心分离，将得到的固相物用水和乙醇依次洗涤，再经离心分离，再将得到的固相物放入烘箱内恒温干燥后，得到高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉。2.根据权利要求1所述的一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法，其特征在于步骤一中所加入酸是醋酸、硅酸、次氯酸或磷酸。3.根据权利要求1或2所述的一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法，其特征在于步骤一中所述的氰基硅氧烷的分子式为：其中R1、R2、R3为烷氧基基团，R4为含
‑
CN的侧链基团。4.根据权利要求1或2所述的一种高介电常数含氰基聚倍半硅氧烷微粉的合成方法，其特征在于步骤一中所述的氰基硅氧烷是氰乙基三甲氧基硅烷、氰乙基三乙氧基硅烷、氰丙基三甲氧基硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪冠丞，张磊，李季，
申请(专利权)人：江西宏柏新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：