[发明专利]一种八功能基笼型倍半硅氧烷的制备方法

说明书

本发明涉及笼型聚倍半硅氧烷制备技术领域，具体公开一种八功能基笼型倍半硅氧烷的制备方法。所述制备方法：将功能基硅氧烷和金属盐催化剂混合，在微波加热的条件下进行反应，得到所述八功能基笼型倍半硅氧烷，其中所述功能基硅氧烷为巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或γ‑氨丙基三甲氧基硅烷。本发明采用微波加热法，实现对原料的加热均匀，促进功能基硅氧烷分解形成Si‑O‑Si键，生成有机硅醇化合物，同时将金属盐催化剂逐渐变成熔融状态，其电离出的金属离子进攻Si原子的最外层电子，使得Si原子表面形成活性位点，进而促进硅醇化合物之间的缩聚，从而高效的得到高纯度、高收率的八功能基倍半硅氧烷八聚体。

技术领域

本发明涉及笼型聚倍半硅氧烷制备技术领域，尤其涉及一种八功能基笼型倍半硅氧烷的制备方法。

背景技术

笼型聚倍半硅氧烷(POSS)，通式为(RSiO_1.5)_n，具有Si-O交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，因其形状似笼而被称为笼型聚倍半硅氧烷。POSS为多面体结构，Si原子位于其结构的顶角上，R为Si原子所连接的基团，且所连接的基团R可以为反应性或者惰性基团。POSS具有低密度、高孔隙，优越的介电性、耐热性、阻燃性、抗辐射性和纳米材料的量子尺寸效应、表面与界面效应、量子限域效应等优势，使之成为近年来有机无机纳米杂化材料的研究热点。

目前，POSS常用的合成方法大致有四种，第一种为水解缩聚反应，以硅烷偶联剂为原料，在催化剂作用下水解缩聚而成，该方法反应物廉价易得，操作简单，反应条件容易实现，但由于其影响因素较多，反应时间一般需要几天甚至更长时间，且产率低；第二种为官能团衍生法，这种方法因所需官能团的不同而采用不同的方法，且其分离纯化困难，副产物多；第三种为顶端带帽法，但该工艺制备的微孔硅材料中残留大量的羟基，导致材料具有较强的吸湿性，严重降低了POSS的可用性；第四种为结构重排法，当聚硅氧烷发生热解反应时，在碱的醇溶液中会产生大量未完全缩合低分子量的硅氧烷，硅骨架将会重新分布，但是反应的副产物多，操作复杂、成本高。

发明内容

针对现有合成方法时间长、产率低、副产物多的问题，本发明提供一种八功能基笼型倍半硅氧烷的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种八功能基笼型倍半硅氧烷的制备方法为：将功能基硅氧烷和金属盐催化剂混合，在微波加热的条件下进行反应，将反应得到的浑浊液精制，得到所述八功能基笼型倍半硅氧烷，其中所述功能基硅氧烷为巯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

其化学反应式如下所示，其中R为乙烯基、巯丙基或氨丙基。

相对于现有技术，本发明提供的八功能基笼型倍半硅氧烷的制备方法，具有以下优势：

本申请采用微波加热法，微波是在被加热物内部产生的，热源来自原料内部，实现对原料的加热均匀，促进功能基硅氧烷分解形成Si-O-Si键，生成有机硅醇化合物，不会造成“外焦里不熟”的夹生现象，避免功能基硅氧烷分解不完全而导致的产率低、副产物多的问题，同时将金属盐催化剂逐渐变成熔融状态，其电离出的金属离子进攻Si原子的最外层电子，使得Si原子表面形成活性位点，进而促进硅醇化合物之间的缩聚，从而高效的得到高纯度、高收率的八功能基倍半硅氧烷八聚体。

本申请中未添加其他溶剂，大大简化工艺步骤，同时采用微波加热的方式，原料的“里外同时加热”大大缩短了反应时间，提高产品纯度和收率，且微波加热的惯性很小，其温度能够被快速控制，有利于连续化自动生产控制的推广。

优选地，所述金属盐催化剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸铝或硫酸锌。

优选地金属盐催化剂在熔融状态下，其电离出金属离子促进硅醇化合物之间的缩聚，其酸根离子的形成的酸碱条件适中，不会造成硅氧键的断裂。