[发明专利]一种金属杂化POSS络合物及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属杂化POSS络合物，其特征在于：该金属杂化POSS络合物为含硅氢键和羧基的笼状倍半硅氧烷与金属元素络合的化合物，其分子通式为：

其中，R₁＝CH₃、CH₂CH₃或CH₂CH₂CH₃，R₂＝H、CH₃或OCH₃，M＝Cu、Fe、Ce或La。

2.权利要求1所述的金属杂化POSS络合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)苯基笼状倍半硅氧烷四醇碱金属盐的合成：苯基硅氧烷溶解于有机溶剂中，加入无机碱和去离子水，在60～70℃下回流反应3～5h；随后在20～30℃下反应10～15h，反应完成后，经抽滤除去溶剂得到滤饼，对滤饼洗涤抽滤，得苯基笼状倍半硅氧烷四醇碱金属盐；

(2)含两个硅氢基团的POSS的合成：将苯基笼状倍半硅氧烷四醇碱金属盐与含氢硅氯烷溶解于无水THF中，加入叔胺类催化剂，在0～10℃下反应2～3h；随后在20～30℃下反应10～15h；反应完成后，经抽滤得到滤液，减压蒸馏，洗涤，得含两个硅氢基团的POSS；所述叔胺类催化剂为三乙胺、三亚乙基二胺和二甲基苄胺中的一种或多种；所述的含氢硅氯烷为下述结构式的一种或多种：

其中n为0～2；

(3)单酯基POSS的合成：含两个硅氢基团的POSS与铂催化剂溶解于甲苯中，在90～110℃下缓慢滴加丙烯酸酯的甲苯溶液，回流反应24～36h；反应完成后，减压蒸馏，洗涤，得单酯基POSS；

(4)单羧基POSS的合成：将单酯基POSS溶解于无水四氢呋喃中，加入有机强酸催化剂，在60～80℃下回流8～10h；反应完成后，提纯，得到单羧基POSS；所述的有机强酸为甲磺酸或对甲苯磺酸中的一种或多种；

(5)金属杂化POSS络合物的合成：在反应釜中加入单羧基POSS和四氢呋喃，匀速搅拌均匀；将金属醋酸盐溶解于甲醇，滴加入反应釜中，滴加完成后在20～30℃下继续反应8～10h；提纯得到金属杂化POSS络合物；所述的金属醋酸盐为醋酸铜、醋酸亚铁、醋酸铈或醋酸镧中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述无机碱与苯基硅氧烷的摩尔比为1:0.49～1:0.53；去离子水与苯基硅氧烷的摩尔比为1:1.05～1:1.20。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的苯基硅氧烷为苯基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述的无机碱为氢氧化锂或氢氧化钠中的一种或多种；所述的有机溶剂为异丙醇或四氢呋喃中的一种或多种；所述对滤饼洗涤抽滤是用异丙醇对滤饼洗涤抽滤至少1次。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述苯基笼状倍半硅氧烷四醇碱金属盐与含氢硅氯烷的摩尔比为1:2～1:3；所述苯基笼状倍半硅氧烷四醇碱金属盐与叔胺类催化剂的摩尔比为1:1～1:2。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述含两个硅氢基团的POSS与甲基丙烯酸叔丁酯的摩尔比为1:1～1:1.2；以铂计，所述的铂催化剂的用量为含两个硅氢基团的POSS质量的5～30ppm；所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯和3-甲氧基丙烯酸甲酯中的一种或多种；所述的铂催化剂为氯铂酸或卡尔斯特铂金催化剂中的一种或多种。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述减压蒸馏是将溶液在温度60～70℃下减压蒸馏30～60min；所述洗涤是将得到的白色固体用甲醇洗涤至少一次，得白色粉末单酯基POSS。