[发明专利]一种介孔分子筛催化制备功能化梯形倍半硅氧烷的方法及其产品

说明书

本发明公开了一种介孔分子筛催化制备功能化梯形倍半硅氧烷的方法，包括：(1)将未脱除模板剂的介孔分子筛、惰性硅烷与溶剂A混合，在回流温度下进行表面接枝反应；(2)将步骤(1)得到的产物浸泡在有机溶剂Ⅰ中去除模板剂；(3)将步骤(2)得到的产物、氨基硅烷偶联剂与溶剂B混合，在回流温度下进行表面接枝反应；(4)将烷氧基硅烷单体、有机溶剂Ⅱ、去离子水和步骤(3)制备的产物混合，经水解缩合制备得到功能化梯形倍半硅氧烷。本发明公开了一种介孔分子筛催化制备功能化梯形倍半硅氧烷的方法，将水解缩合反应限域在改性介孔分子筛内部，从而制备得到规整度高的功能化梯形倍半硅氧烷。

技术领域

本发明涉及倍半硅氧烷的技术领域，尤其涉及一种介孔分子筛催化制备功能化梯形倍半硅氧烷的方法及其产品。

背景技术

双链的梯形倍半硅氧烷是一种由无机硅氧骨架和有机官能团组成的有机无机杂化材料，其化学通式为(RSiO_1.5)_n。双链分子的独特构造赋予了其优异的物理机械性能和介电性能，并且在疏水、耐高温、耐辐射和耐腐蚀等方面也有着良好的表现。梯形倍半硅氧烷的侧基类型可选种类众多，功能丰富，因此在复合材料、有机涂层、光电材料和储能器件等领域越发受到关注和应用。

梯形倍半硅氧烷一般通过硅烷偶联剂水解缩合来制备，该方法最早在1960年由Brown等(BROWN J F,VOGT L H,KATCHMAN A,et al.DOUBLE CHAIN POLYMERS OFPHENYLSILSESQUIOXANE[J].Journal of the American Chemical Society,1960.82:6194-6195.)进行了报道，他们以苯基三氯硅烷为原料，在强碱性氢氧化钾(KOH)的作用下，氯硅烷首先水解成Si-OH，而后Si-OH之间脱水缩合形成-Si-O-Si-结构的低聚物，最后再由热平衡缩聚得到分子量数万的梯型高分子产物。但由于反应条件剧烈，不易控制，容易形成不规则交联的无序结构，产物中混杂着大量的环状和笼状分子，所以这种产物梯形结构的规整性一直存在着争议。此后，众多的研究者对水解缩合过程的反应条件进行了优化，Yamamoto等(YAMAMOTO S,YASUDA N,UEYAMA A,et al.Mechanism for the formation ofpoly(phenylsilsesquioxane)[J].Macromolecules,2004.37:2775-2778)使用酸性HCl作为催化剂、甲基异丁酮为溶剂，但得到的产物分子量仅有1400；Choi等(CHOI S-S,LEE A S,LEE H S,et al.Synthesis and Characterization of UV-Curable Ladder-LikePolysilsesquioxane[J].Journal of Polymer Science Part a-Polymer Chemistry,2011.49:5012-5018)则采用碱性较弱的K₂CO₃作为反应催化剂，在较为温和的条件下反应以减少产物分子上出现不规则的缺陷，因而所需的反应时间较长，而且要求反应物浓度处于较高的状态，否则会形成笼状结构的倍半硅氧烷(CHOI S-S,LEE A S,HWANG S S,etal.Structural Control of Fully Condensed Polysilsesquioxanes:Ladderlike vsCage Structured Polyphenylsilsesquioxanes[J].Macromolecules,2015.48:6063-6070.)。

可见，现有技术公开的合成工艺制备的梯形倍半硅氧烷，要么混杂着大量的环状和笼状分子，导致其规整性不佳；如果想通过工艺的优化来解决该问题，又对所需反应条件的控制要求比较严格。而目前高效可控合成具有目标功能结构梯形倍半硅氧烷的相关研究较少，因此此项研究对促进梯形倍半硅氧烷的应用具有重要的价值和学术意义。

发明内容