一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷及其制备方法，所述制备方法将溶剂、催化剂和硅烷混合搅拌均匀后制得混合溶液；将去离子水滴加入混合溶液中，反应结束后制得七烷基三硅醇盐体系；同时向七烷基三硅醇盐体系中滴加酸和封端剂，又或者，将七烷基三硅醇盐体系加入到酸和封端剂的混合物体系中；反应结束后，经过滤或待液体分层后分液得粗产品，对粗产品进行真空干燥，即得三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷。本发明专利技术可以实现一步法制备出一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷，可以避免先生产七烷基三硅醇的后处理流程，一步制备最终产品，流程更为简单，而且避免了后处理的损失量，且本发明专利技术的产品产率更高。且本发明专利技术的产品产率更高。且本发明专利技术的产品产率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷及其制备方法


[0001]本专利技术属于笼型聚倍半硅氧烷材料
，具体涉及一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷及其制备方法。

技术介绍

[0002]POSS分子的三维立体结构含有大量有机端基，对增加其分子的反应活性，提高其笼型刚性结构与有机体的相容性，有实质贡献。而目前，POSS分为反应型和非反应型，反应型POSS目前多为单官反应型或者8官反应型。
[0003]经申请人研究发现，8官反应型POSS的官能团多，反应后交联度大，但是部分应用场景材料会因收缩应力大而容易开裂。另一方面，单官反应型POSS仅有一个反应活性基团，无法形成交联结构体系，因而需要一种2
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3官反应官能团的，既可以反应交联，整体交联度又不算大的POSS来实现POSS应用需求。
[0004]公告号为CN113881048A的中国专利技术专利公开了一种三官能乙烯基POSS的制备方法，其通过将二甲基乙烯基乙氧基硅烷和半封闭笼状聚倍半硅氧烷三硅醇，在有机锡催化剂作用下进行水解缩聚反应，得到三官能乙烯基POSS。该三官能乙烯基POSS可与MMA单体发生共聚反应，从而用于对PMMA树脂进行改性。
[0005]然而现有制备工艺在有机锡催化剂作用下用四氢呋喃或丙酮做溶剂进行制备，其存在需要采购半封闭笼状聚倍半硅氧烷三硅醇成品，以及需要采用毒性较大的四氢呋喃或易制毒的丙酮做溶剂。若进行规模化生产存在环保问题，且半封闭笼状聚倍半硅氧烷三硅醇成品的价格高，该制备工艺导致综合成本高，难以规模化生产。
[0006]公告号为CN109749087A的中国专利技术专利公开了一种半封闭笼状三官能环氧醚基POSS的制备方法，其采用半封闭笼状低聚倍半硅氧烷三硅醇和二甲基一氯硅烷在含有缚酸剂的体系中进行反应，制得中间产品，然后再和烯丙基环氧基醚铂氢加成反应制备了最终产品。
[0007]然而现有制备工艺依赖二甲基一氯硅烷(二甲基氯硅烷)制备中间产品，二甲基氯硅烷属于一种危险化学品，是极易燃物品和腐蚀性物品；且其沸点37℃，遇水急剧分解，而且反应过程放出大量盐酸气体，因而制备过程的危险性较高，整个过程需要在冰盐浴条件下完成，且对操作要求也高，且采用现有聚倍半硅氧烷三硅醇的成本较高。
[0008]综上所述，针对三官能反应活性POSS，还有待设计一种安全环保且成本低的新制备方法，以满足规模化生产的需求。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是要解决上述的技术问题，提供一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷及其制备方法。
[0010]为了解决上述问题，本专利技术按以下技术方案予以实现的：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的制备方法，
所述制备方法包括以下步骤：
[0012](1)制备七烷基三硅醇盐：
[0013]将溶剂、催化剂和硅烷混合搅拌均匀后制得混合溶液；将去离子水滴加入混合溶液中，在室温下反应16～24h，反应结束后制得七烷基三硅醇盐体系；
[0014](2)制备三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷：
[0015]同时向七烷基三硅醇盐体系中滴加酸和封端剂，又或者，将七烷基三硅醇盐体系加入到酸和封端剂的混合物体系中，继续反应18
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24h；反应结束后，经过滤或待液体分层后分液得粗产品，对粗产品进行真空干燥，即得三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷。
[0016]结合第一方面，本专利技术还提供了第一方面的第1种优选实施方式，具体的，在步骤(1)中，所述催化剂为氢氧化钾或氢氧化铯，所述溶剂为乙醇或异丙醇；
[0017]所述硅烷:催化剂:去离子水的物质的量的比为1:0.43～0.45:1.285～1.295，溶剂为体积比的30～50％。
[0018]结合第一方面，本专利技术还提供了第一方面的第2种优选实施方式，具体的，所述酸采用醋酸或甲磺酸，所述酸的添加量与催化剂的摩尔比为1:1。
[0019]结合第一方面，本专利技术还提供了第一方面的第3种优选实施方式，具体的，在步骤(1)中，所述硅烷为丙基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、环己基三甲氧基硅烷、环戊基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、环己基三乙氧基硅烷和环戊基三乙氧基硅烷中的其中一种。
[0020]结合第一方面，本专利技术还提供了第一方面的第4种优选实施方式，具体的，在步骤(2)中，所述封端剂为R1Si(CH3)2OCH3、R1Si(CH3)2OCH2CH3或R1Si(CH3)2OSi(CH3)2R1；
[0021]其中，所述封端剂分子式中的R1为缩水甘油醚氧丙基、甲基丙烯酰氧丙基、甲基丙烯酰氧甲基、丙基酰氧丙基、氨基丙基、乙烯基、烯丙基、巯基丙基、环氧环己基乙基和氢的其中一种。
[0022]结合第一方面，本专利技术还提供了第一方面的第5种优选实施方式，具体的，所述封端剂的添加量为R1：R为3.05
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3.5:7，所述R为七烷基三硅醇盐上的R基团。
[0023]结合第一方面，本专利技术还提供了第一方面的第6种优选实施方式，具体的，所述三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的结构式为：
[0024][0025]第二方面，本专利技术还提供了一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷，所述三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷由第一方面所述的三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷
的制备方法制得；
[0026]其中，所述三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的结构式为：
[0027][0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术提供了一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的制备方法，所述制备方法将溶剂、催化剂和硅烷混合搅拌均匀后制得混合溶液；将去离子水滴加入混合溶液中，在室温下反应16～24h，反应结束后制得七烷基三硅醇盐体系；同时向七烷基三硅醇盐体系中滴加酸和封端剂，又或者，将七烷基三硅醇盐体系加入到酸和封端剂的混合物体系中，继续反应18
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24h；反应结束后，经过滤或待液体分层后分液得粗产品，对粗产品进行真空干燥，即得三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷。
[0030]本专利技术通过采用硅烷先在环保溶剂中制备出七烷基三硅醇盐体系，然后向体系中同时滴加酸和封端剂，以进行中和置换出的硅羟基和单反应位点封端剂反应，进而制备出一种具有精确结构的三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷。本专利技术可以实现一步法制备出一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷，可以避免先生产七烷基三硅醇的后处理流程，一步制备最终产品，流程更为简单，而且避免了后处理的损失量，且本专利技术的产品产率更高。
[0031]另一方面，整个过程无需采用四氢呋喃、氯硅烷、丙酮等有毒或危险原料，工艺流程简单、原料安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)制备七烷基三硅醇盐：将溶剂、催化剂和硅烷混合搅拌均匀后制得混合溶液；将去离子水滴加入混合溶液中，在室温下反应16～24h，反应结束后制得七烷基三硅醇盐体系；(2)制备三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷：同时向七烷基三硅醇盐体系中滴加酸和封端剂，又或者，将七烷基三硅醇盐体系加入到酸和封端剂的混合物体系中，继续反应18
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24h；反应结束后，经过滤或待液体分层后分液得粗产品，对粗产品进行真空干燥，即得三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷。2.根据权利要求1所述的一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述催化剂为氢氧化钾或氢氧化铯，所述溶剂为乙醇或异丙醇；所述硅烷:催化剂:去离子水的物质的量的比为1:0.43～0.45:1.285～1.295，溶剂为体积比的30～50％。3.根据权利要求2所述的一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的制备方法，其特征在于：所述酸采用醋酸或甲磺酸，所述酸的添加量与催化剂的摩尔比为1:1。4.根据权利要求1所述的一种三官能反应活性基笼状聚倍半硅氧烷的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述硅烷为丙基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、全氟辛基三甲氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、三氟丙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍淼，王勇，孙华伟，罗鹏，
申请(专利权)人：广州一新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：