[发明专利]环氧基七苯基倍半硅氧烷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物的制备方法，具体涉及一种环氧基七苯基倍半硅氧烷材料及其制备方法。

背景技术

笼型倍半硅氧烷(POSS)是一类典型的有机-无机纳米杂化材料，也是一类具有特殊三维多面体纳米结构的有机硅化合物，其三维尺寸在0.7nm~50nm左右，由无机的“核”和有机的“壳”组成，每个POSS 粒子都含有1-8个有机活性官能团，这些官能团可以进行聚合、接枝、表面键合或其他反应，易于进行分子设计，形成POSS-聚合物材料。POSS 兼具有机和无机化合物性质，其特点是它能溶于溶剂和树脂中，因而能确保实现分子级分散，同时可降低粘度从而可加大填充量。由于它与熔化的树脂相容并成为一体，因而不影响其加工流动性。但当温度降至它们的熔点以下时，便立即固化形成纳米结构而导致增强作用。至于纳米蒙脱土等无机纳米粒子则正好相反，由于它不能溶化，因此降低了熔体的加工流动性。POSS 能以化学键合的方式连接到有机链上，因此可以形成真正的有机/无机纳米杂化材料，使得聚合物材料的机械强度、玻璃化转变温度( T_g) 、使用温度和热稳定性能都得到了很大提高。

目前，POSS单体的合成路线主要有完全水解法、部分水解-封角法、官能团衍生法。完全水解法主要以RSi(OR)₃或者RSiCl₃为原料在溶剂中经催化剂作用水解缩合反应而成。部分水解-封角法是RSiX₃在一定条件下水解缩合可以生成带有三个硅羟基的缺角七聚POSS，再按等量的比例加入功能基硅烷单体，进一步水解缩合闭环，得到单功能基POSS。官能团衍生法是利用已有取代基的POSS，通过化学反应（氧化、硅氢加成等）得到所需功能基POSS分子。目前关于八功能基POSS的研究较为成熟，但八功能基POSS在溶解性、和聚合物的反应程度以及相容性方面存在问题，使其在性能上不如单功能基POSS。传统的制备单功能基POSS关键在于得到带有三个硅羟基的缺角七聚POSS（T7），是通过顶端带帽合成，其存在工艺条件复杂、反应周期过长、产物的分离和纯化困难、产率低等不足。八苯基聚倍半硅氧烷和八乙烯基聚倍半硅氧烷工艺很成熟，但是溶解性很差，与高分子相容性不好。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术不足，提供一种结构单一性好、纯度高的环氧基七苯基倍半硅氧烷材料；

本发明还提供上述材料的产业化的制备方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种环氧基七苯基倍半硅氧烷材料，其特征在于，其由如下的组分原料：烯烃基七苯基倍半硅氧烷1.0：间氯过氧苯甲酸1.2~2；

所述烯烃基七苯基倍半硅氧烷由T7钠盐七聚苯基倍半硅氧烷三硅醇钠、烯烃基三氯硅烷、第二催化剂制成，其摩尔比为：T7钠盐七聚苯基倍半硅氧烷三硅醇钠1.0：烯烃基三氯硅烷1.2~2：第二催化剂0.01~0.05。

所述T7钠盐七聚苯基倍半硅氧烷三硅醇钠由苯基三甲氧基硅氧烷、去离子水、第一催化剂制成，其摩尔比为：苯基三甲氧基硅烷1.0：去离子水1.1~5：第一催化剂0.5~2。

所述第一催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾之一。

所述第二催化剂为三乙胺、三甲胺、二乙胺、吡啶、DMF其中之一。

一种环氧基七苯基倍半硅氧烷材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）按如下的摩尔比称取各原料：苯基三甲氧基硅烷1.0：去离子水1.1~5：第一催化剂0.5~2；

（2）将步骤（1）所称量的苯基三甲氧基硅烷、去离子水、第一催化剂在配备有冷凝管的烧瓶中混合，并加入250ml第一溶剂分散混合；

（3）将步骤（2）混合溶液，在50~80℃条件下油浴中回流搅拌4~10 h，待自然冷却至室温，在磁力搅拌下继续反应10~25h，停止反应，减压蒸出溶剂，自然冷却至室温，抽滤得出白色粉末状产物，在真空60℃条件下干燥24h，得出初产品T7钠盐七聚苯基倍半硅氧烷三硅醇钠；

（4）将步骤（3）所制得的T7钠盐七聚苯基倍半硅氧烷三硅醇钠在氩气保护下，再加入如下的原料，烯烃基三氯硅烷、第二催化剂，其摩尔比为：T7钠盐1.0：烯烃基三氯硅烷1.2~2：第二催化剂0.01~0.05；

（5）将步骤（4）所称量的T7钠盐七聚苯基倍半硅氧烷三硅醇钠分散在250~500 ml 第二溶剂中，再加入第二催化剂、烯烃基三氯硅烷；