一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法，通过乙烯基封端的七乙烯基多面体低聚半硅氧烷(POSS)与硫醇封端的聚乙二醇通过硫醇

【技术实现步骤摘要】
一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法


[0001]本专利技术属于高分子化学合成
，涉及多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)两亲遥爪巨型表面活性剂的制备方法。

技术介绍

[0002]表面活性剂在疏水性和亲水性之间具有微妙的平衡，被广泛应用于日化、食品、医药、纺织、涂料、纤维、石油化工等领域。巨型表面活性剂作为一种新型杂化聚合物，泛指高分子链和纳米粒子的杂化连接物。它们在分子形态上与传统的小分子表面活性剂相似，而其自组装行为则同时具备小分子表面活性剂和嵌段聚合物的特点，因此受到了广泛的关注。
[0003]在制备巨型杂化表面活性剂时，需根据要求对表面活性、溶解度、使用温度等影响因素进行研究，以实现对聚醚链段比例的调控、聚醚性质和性能的优化，通过引发剂与加入单体的比例对链长进行控制，研究聚醚结构和组成与聚醚性能之间的联系，微电子和集成电路制备工艺中常见的污染物或待清洗的残留物的类型和结构进行设计引发剂，在保留聚醚原有特性的同时，增强其去污能力。
[0004]巨型表面活性剂中较为特殊的一类多面体低聚倍半硅氧烷，其分子通式为(RSiO
1.5
)
n
，n一般为6、8、10、12等，可呈梯形、树枝形或笼形，其中以n＝8的笼形结构最典型。与亲水性聚合物链连接的疏水性POSS或与疏水性POSS连接的亲水性POSS会产生两亲性巨型表面活性剂。目前，有关POSS的专利和出版物的数量逐年增加，呈急剧上升的趋势，但研究内容大多局限在材料的力学性能和热性能等方面，对其作为表面活性剂的研究较少。与其他疏水基团(线形脂肪族、芳香族或氟化基团)相比，POSS基表面活性剂具有疏水、庞大和明确的尺寸特性，端基可以有助于自组装，同时有助于溶液和熔融状态的空间位阻特性，将有利于它们作为表面活性剂的应用。

技术实现思路

[0005]为解决以上技术问题，本专利技术提供一种巨型表面活性剂的制备方法，通过乙烯基封端的POSS与硫醇封端的聚乙二醇通过硫醇
‑
双键“点击”反应，制备不同聚乙二醇含量和分子量的POSS巨型表面活性剂。
[0006]为实现上述目的，不同分子量的线性聚乙二醇(PEG)均聚物用于通过疏水/亲水平衡控制分子结构，从而改变合成的巨型表面活性剂的亲疏水性能。不同端基之间的物理间距也可能在液态聚集和固态形态行为中起重要作用。
[0007]本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将单乙烯基封端的POSS溶解在溶剂中溶解，再加入硫醇封端的聚乙二醇(PEG)，搅拌溶解均匀；
[0010](2)将步骤(1)得到的混合溶液反应2～12h后，后处理反应液得到基于POSS的巨型
表面活性剂。
[0011]优选地，步骤(2)的反应温度为50～100℃；反应结束后，反应液40～60℃真空干燥12～24h，再采用硅胶柱柱层析分离纯化得到基于POSS的巨型表面活性剂。
[0012]优选地，步骤(1)中，还需加入光引发剂，混合溶液在紫外灯下光照反应2～12小时；反应结束后，反应液40～60℃真空干燥12～24h，再采用硅胶柱柱层析分离纯化得到基于POSS的巨型表面活性剂。
[0013]优选地，所述单乙烯基封端的POSS中取代基R为线形饱和烷烃取代基—CnH
2n+1
，n＝1～5。
[0014]更优选地，R选自环己基、环戊基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、苯乙烯基、乙烯基、烯丙基、辛基苯基、苯基、联苯酰基和萘基。
[0015]优选地，所述硫醇封端的聚乙二醇为单硫醇封端或双硫醇封端。
[0016]优选地，步骤(1)中的溶剂为甲苯、碳酸二异丙酯或四氢呋喃。
[0017]更优选地，柱层析中的洗脱液为二氯甲烷和石油醚的混合物，二氯甲烷和石油醚的体积比为1：1～5：1。
[0018]更优选地，紫外灯光源波长为365nm或395nm。
[0019]更优选地，光引发剂为异丙基硫杂蒽酮、2,2
‑
二甲氧基
‑2‑
苯基苯乙酮、安息香双甲醚或安息香乙醚。
[0020]优选地，所述单乙烯基封端的POSS物质的量分数为1～6份，硫醇封端的聚乙二醇物质的量分数为0.1～3份。
[0021]优选地，所述硫醇封端的聚乙二醇为线形结构，分子量为MW为1k、2k、3.4k、8k或10kg/mol，POSS大分子单体在混合溶液的重量百分比分别控制在15～70％。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0023](1)本专利技术中使用的点击化学主旨是通过小单元的拼接，来快速可靠的完成形形色色分子的化学合成，它尤其强调开辟以碳
‑
杂原子键合成为基础的主要化学新方法，并借助这些化学反应高效的获得分子多样性。它是利用少数近乎完美的反应，通过有效和模块化的途径合成多样化的化合物，原料易得，适用范围广；操作简单，条件温和，对氧、水不敏感；产物收率高，区域与立体选择性好；产物易分离提纯，后处理简单；快速、高通量的合成。
[0024](2)本专利技术制备的POSS基巨型活性剂具有可反应性官能团，这为进一步修饰和性能扩展提供了可能性。本专利技术采用的硫醇
‑
双键点击反应速度高效、无副产物、官能团耐受性高、反应条件温和。
[0025](3)本专利技术通过点击反应将亲水改性纳米原子精确连接到疏水性高分子链的特定位点，从而获得与小分子表面活性剂分子结构相似，而尺寸放大至聚合物级别的一类巨型表面活性剂，其既具有较高的表面活性，又具有较强的增粘、补强性能。
[0026](4)本专利技术制备的巨型活性剂具有化学结构多样性和构可调性的技术优势。利用“点击”化学反应可以对GSs头部的分子纳米粒子进行功能化修饰，便于调节头部的尺寸与功能；通过“点击”化学反应合成一端带有疏水POSS基团，另一端带有亲水聚乙二醇链段的巨型活表面活性剂。在一定的温度条件下，巨型活表面活性剂以特定浓度溶解于水时，会形成胶束，疏水基团部分位于胶束内部，而极性亲水基团则在其外部。通过控制亲水链段和疏水链段的比例，调节巨型活表面活性剂的结构，进而影响临界胶束浓度和溶液中的胶束尺
寸。
附图说明
[0027]图1为本专利技术中单乙烯基封端的POSS的结构示意图
[0028]图2为本专利技术中单硫醇封端的聚乙二醇的结构示意图
[0029]图3为本专利技术中双硫醇封端的聚乙二醇的结构示意图
[0030]图4为本专利技术中合成的头尾型POSS基巨型表面活性剂的结构示意图
[0031]图5为本专利技术中合成的扁担型POSS基巨型表面活性剂的结构示意图
[0032]图6为本专利技术中不同分子量PEG制备得到POSS基巨型表面活性剂热重分析由图6可知，巨型表面活性剂的临界胶束温度不同，随着PEG链段长度的增加呈现先下降再升高的趋势。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将单乙烯基封端的POSS溶解在溶剂中溶解，再加入硫醇封端的聚乙二醇(PEG)，搅拌溶解均匀；(2)将步骤(1)得到的混合溶液反应2～12h后，后处理反应液得到基于POSS的巨型表面活性剂。2.根据权利要求1所述的一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法，其特征在于：步骤(2)的反应温度为50～100℃；反应结束后，反应液40～60℃真空干燥12～24h，再采用硅胶柱柱层析分离纯化得到基于POSS的巨型表面活性剂。3.根据权利要求1所述的一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法，其特征在于：步骤(1)中，还需加入光引发剂，混合溶液在紫外灯下光照反应2～12小时；反应结束后，反应液40～60℃真空干燥12～24h，再采用硅胶柱柱层析分离纯化得到基于POSS的巨型表面活性剂。4.根据权利要求1所述的一种基于POSS的巨型表面活性剂制备方法，其特征在于：所述单乙烯基封端的POSS中取代基R为线形饱和烷烃取代基—C
n
H
2n+1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑莹，张进，林小城，凌功明，杨登伟，
申请(专利权)人：金湖金凌新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：