[发明专利]一种笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机化学技术领域，设计有机合成技术，特别涉及笼型缩水甘油基低聚倍半硅氧烷的制备方法。

背景技术

多面体低聚倍半硅氧烷是指分子式为(RSiO_1.5)_n(n＝6、8、10、12等，分别对应为T6、T8、T10、T12等；R＝烷基、芳基或其它有机基团)的含硅化合物，主要结构有无规、笼型、半笼型、梯型等。其中比较常见的为n＝10的笼型多面体低聚倍半硅氧烷，即为T10。

笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的化学式为[(C₆H₁₁O₂)SiO_1.5]₁₀,结构如式1。笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷具有优异的热稳定性，可以有效提高聚合物材料的力学性能、热性能和机械性能，可以有效降低聚合物材料的介电常数。

CN100348645C中提及了笼型缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，在装有异丙醇和四甲基氢氧化铵水溶液的反应容器中滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和异丙醇的混合溶液，滴加完毕后室温反应6h，水解完毕后减压脱除异丙醇，加入甲苯在回流温度下进行缩合反应2h，经过处理获得产物为T8、T10、T12及无规、梯形结构的缩水甘油基倍半硅氧烷的混合物。此方法工艺较为复杂，得到的是倍半硅氧烷的混合物。Yonghong Liu等人(Polymer,2005,46,12016-12025)先以三氯硅烷为原料，以FeCl₃和HCl为催化剂合成出了八氢笼型倍半硅氧烷，然后将其和烯丙基缩水甘油醚以零价铂为催化剂在无水无氧环境中合成出了笼型八缩水甘油基倍半硅氧烷。该方法需要进行多步反应，且在反应需用到铂金催化剂和无水无氧制备环境，条件苛刻、成本高，工艺复杂。现有技术中采用的制备方法合成工艺较为复杂、成本较高，且大部分产物为倍半硅氧烷的混合物。

发明内容

本发明的目的在于针对现有制备工艺和产物结构复杂的不足，提供一种产物结构单一的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷制备方法。

本发明的目的是这样实现的，以γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三烷氧基硅烷为原料，异丙醇或丙醇为溶剂，在催化剂作用下，经一步水解缩合聚合，得到带有十个缩水甘油基的笼型低聚倍半硅氧烷，化学原理式为：

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，为水解缩聚一步法，包括水解/缩聚和后处理过程，具体步骤如下：

(1)水解/缩聚：在30～70℃搅拌条件下，将γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三烷氧基硅烷以2.5mL/min～5mL/min的滴加速度滴加到C₃H₇OH与催化剂水溶液的混合体系中，继续搅拌反应2～24h，反应体系降至室温，减压蒸除溶剂，得到粗产物；

(2)后处理：用甲苯溶解粗产物，用蒸馏水洗涤至水相呈中性，分出甲苯层，干燥剂干燥，抽滤分离，对滤液进行减压蒸馏脱除甲苯得到目标产物笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷；

其中：所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三烷氧基硅烷为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷中的一种；所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三烷氧基硅烷与溶剂、催化剂和水的质量比为1：(2～3.5)：(0.01～0.045)：(0.1～0.39)；所述催化剂水溶液的质量百分比浓度5％～15％。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三烷氧基硅烷滴加速度为3mL/min～4.5mL/min。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述水解缩聚反应条件为40～60℃，2～8h。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述原料和有机溶剂的质量比为1：(2～3)。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述原料和催化剂的质量比为1：(0.01～0.025)。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述催化剂水溶液的质量百分比浓度5％-10％。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述C₃H₇OH为丙醇或/和异丙醇。

本发明涉及的笼型十缩水甘油基倍半硅氧烷的制备方法，所述催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵或四丁基氟化铵中的一种。