一种多功能硅烷偶联剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多功能硅烷偶联剂是以市售商品3

【技术实现步骤摘要】
一种多功能硅烷偶联剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种硅烷偶联剂及其制备方法，特别涉及分子结构中含有季铵阳离子、或磺基甜菜碱、或羧基甜菜碱的多功能硅烷偶联剂及其制备方法，属于功能材料领域。
技术背景
[0002]市售商品的硅烷偶联剂大都是一种分子结构中含有烷氧基和功能基团的有机硅化合物，其结构通常表示为F
n
SiOR
(4
‑
n)
，F表示功能基团，包括烯基、环氧基、氨基、巯基、羟基、异氰酸酯基、卤代烷基等；n选自为1～3的整数。当SiOR水解后转化为Si
‑
OH，Si
‑
OH中的羟基不仅可自身脱水缩合生成Si
‑
O
‑
Si键，也可与玻璃、二氧化硅、陶瓷、一些金属材料表面上或其它分子中的Si
‑
OH结合形成Si
‑
O
‑
Si键，如此即可在玻璃、二氧化硅、陶瓷、或一些金属材料表面进行化学反应而引入烯基、环氧基、氨基、巯基、羟基、异氰酸酯基、卤素原子等功能基团。所以硅烷偶联剂主要应用于硅氧材料或陶瓷等的表面改性或改善其复合材料界面相容性。根据现有硅烷偶联剂的功能基团特性、待处理材料表面特性、改性要求以及一些新领域的应用需求，对现有硅烷偶联剂的再功能化引起了人们的重视。现有硅烷偶联剂的再功能化主要是通过所述功能基团键合功能更为强大的结构单元，从而赋予待改性材料新功能和用途，例如已有CN201010503258.5、CN201610807720.8、CN202010940152.5、CN202110914812.7、CN201610766177.1、CN202010446615.2、CN201910559445.6、CN201811365280.0、CN201310134973.X等公开了携带季铵阳离子、两性离子、或含有聚醚链硅烷偶联剂，也有含两性离子烯烃单体和烯烃硅烷偶联剂的共聚物等，作为所述玻璃或硅胶等无机材料的表面改性剂，取得了积极效果。
[0003]鉴于此，结合本课题组ZL201910993648.6、ZL2021107850204、ZL201910994314.0、ZL201811189217、CN2023100519084、CN202310116727.5、CN 202310116725.6等前期研究成果，本专利技术人仅对市售商品3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂进行再功能化分子设计，创制了一种分子结构新颖的多功能硅烷偶联剂。所述多功能硅烷偶联剂是以市售商品3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂、丙烯酰氧聚醚，以及烷基化试剂、或γ
‑
丙磺酸内酯或γ
‑
丁内酯中的一种为原料，通过aza
‑
Michael加成反应、季铵盐化反应制得的。所述多功能硅烷偶联剂分子结构中的可水解基团依然是传统三烷氧基；而3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂中的氨基先后与丙烯酰氧聚醚进行几乎定量的aza
‑
Michael加成反应，所得aza
‑
Michael加成反应产物后与烷基化试剂、γ
‑
丙磺酸内酯或γ
‑
丁内酯的季铵盐化反应，转变成了N
‑
(丙酰氧聚醚)丙基铵、或N
‑
(丙酰氧聚醚)丙基磺基铵、或N
‑
(丙酰氧聚醚)丙基羧基铵。由此可见，本专利技术提供的多功能硅烷偶联剂是一类携带季铵阳离子、或两性离子的新品种，丰富了硅烷偶联剂的功能和应用范围，其能同时赋予一些改性材料表面亲水性、导电性、抗菌、防雾、防污、生物相容性能、防凝血性能和湿润滑性能等。本专利技术所述多功能硅烷偶联剂制备方法简单，产品纯净无杂质，产品质量稳定、产品易定型，使用方便；即便是在恶劣环境使用过程中失去聚醚链，所留残单元依然是磺基甜菜碱或羧基甜菜碱，始终能够保持材料表面改性的效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种多功能硅烷偶联剂及其制备方法，其特征具有通式(A)所示结构：
[0005][0006]其中通式(A)中的R选自C1～C
18
烃基，R1选自H或甲基，n选自1～2000之间的自然数，Q选取
‑
OR2或其中当Y选自C1～C
18
烃基或时，X
‑
选自Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
或p
‑
CH3C6H4SO3‑
中的一种；当Y选自
‑
CH2CH2CH2SO3‑
、或
‑
CH2CH2CH2CO2‑
时，X
‑
不选取任何；R2、R3、R4、R5分别选取C1～C
18
烃基，p选自1～2000之间的自然数。
[0007]现有相关研究结果和应用试验表述与论证已经教导我们：本专利技术所述多功能硅烷偶联剂中的结构单元可随实际需要功能、作用和性能，对N
+
上Y、R2、R3、R4或R5可进行有的放矢选取。如过于强调亲水功能为多功能硅烷偶联剂主要改性目的，Y、R2、R3、R4或R5可分别选择CH3或C2H5，n可选1～3；如若强调亲水、抗菌、灭菌功能为多功能硅烷偶联剂主要改性目的，R2和R5可分别选择CH3或C2H5，Y、R3和R4可分别选择C
12
H
25
或C7H8，n可选1～3；若以亲水、抗菌、防污、生物相容性、抗血凝等改性为主要目的，R2和R5可分别选择CH3或C2H5，Y可选取R3和R4可分别选择C
12
H
25
或C7H8，n可选8～25。另外相比于现有技术，一分子多功能硅烷偶联剂可赋予改性材料表面多个亲水基团，所述多功能硅烷偶联剂对所述材料表面改性更加有效。
[0008]本专利技术所述一种多功能硅烷偶联剂的具体制备过程，如下所述：将3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂溶解在有机溶剂中，控温5～35℃，开启搅拌缓慢加入丙烯酰氧聚醚，丙烯酰氧聚醚的用量是所述3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂摩尔量的2.0～2.2倍；待丙烯酰氧聚醚铵投料完毕，缓慢升高反应温度至35～90℃反应1～100小时，结束aza
‑
Michael加成反应过程；后将烷基化试剂、或γ
‑
丙磺酸内酯、或γ
‑
丁内酯加入到反应体系中，所述烷基化试剂、或γ
‑
丙磺酸内酯或γ
‑
丁内酯的用量是所述3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂摩尔量的1.0～1.5倍，保温反应2～20小时后，结束季铵盐化反应过程；随后旋蒸除去部分有机溶剂，后将反应产物温度降至室温，缓慢析出产物粗品，所述产物粗品再经过纯化，制得通式(A)所示结构的多功能硅烷偶联剂。
[0009]其中所述3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂具有通式(B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能硅烷偶联剂，其特征在于所述多功能硅烷偶联剂具有通式(A)所示结构：其中通式(A)中的R选自C1～C
18
烃基，R1选自H或甲基，n选自1～2000之间的自然数，Q选取
‑
OR2或当Y选自C1～C
18
烃基或时，X
‑
选自Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
或p
‑
CH3C6H4SO3‑
中的一种，当Y选自
‑
CH2CH2CH2SO3‑
、或
‑
CH2CH2CH2CO2‑
时，X
‑
不选取任何；其中R2、R3、R4、R5分别选取C1～C
18
烃基，p选自1～2000之间的自然数。2.依据权利要求1所述一种多功能硅烷偶联剂的制备方法，其特征在于所述多功能硅烷偶联剂的制备方法如下所述：将3
‑
氨基丙基硅烷偶联剂溶解在有机溶剂中，控温5～35℃，搅拌下缓慢加入丙烯酰氧聚醚，丙烯酰氧聚醚的用量是3
‑
氨基丙基硅烷摩尔量的2.0～2.2倍；待丙烯酰氧聚醚投料完毕，缓慢升高反应温度至35～90℃反应10～100小时，后将烷基化试剂、或γ
‑
丙磺酸内酯、或γ
‑
丁内酯加入到反应体系中，所述烷基化试剂、或γ
‑
丙磺酸内酯或γ
‑
丁内酯的用量是3
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氨基丙基硅烷摩尔量的1.0～1.5倍，保温反应2～20小时后，旋蒸除去部分有机溶剂，再后降低反应产物温度至室温，缓慢析出产物粗品，所述产物粗品再经过纯化，制得通式(A)所示结构的多功能硅烷偶联剂。3.根据权利要求2所述一种多功能硅烷偶联剂的制备方法，其特征在于所述3
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【专利技术属性】
技术研发人员：骆昱晖，谭雪琪，范倩倩，周子林，贾雪梦，张田林，
申请(专利权)人：江苏海洋大学，
类型：发明
国别省市：