[发明专利]一种含氰基的笼型倍半硅氧烷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含氰基的笼型倍半硅氧烷及其制备方法，所述含氰基的笼型倍半硅氧烷具有通式Ⅰ所示化学结构：其中R为C1～C10氰烷基。所述含氰基的笼型倍半硅氧烷的制备，包括如下步骤：即：在碱性条件下，使式Ⅱ化合物与表示为R‑SiCl₃的氯硅烷进行反应，制得式Ⅰ结构的笼型倍半硅氧烷。本发明提供的具有通式Ⅰ结构的含氰基的笼型倍半硅氧烷，具有规整的笼型结构和特性基团苯基和氰基，可进一步功能化，以用于硅油、硅橡胶、润滑脂、热固性树脂等材料的改性，应用范围广泛；另外，本发明的制备方法操作简单，反应条件温和，无需特殊设备和复杂的后处理工艺，产率高，易于实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种笼型倍半硅氧烷及其制备方法，具体地说，涉及一种含氰基的笼型倍半硅氧烷及其制备方法，属于倍半硅氧烷技术领域。

背景技术

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是由Si-O键交替连接的硅氧骨架组成的六面体，其形状如同一个规整的“笼子”，又称为笼型聚倍半硅氧烷，其“笼子”内核为硅氧无机元素，而硅元素连接的“顶角”基团为有机基团，三维尺寸在0.5～1.5nm之间，是典型的有机无机杂化纳米化合物。POSS因具备纳米粒子小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应等特性，目前被广泛用于对高分子材料的改性研究。

单官能团POSS指的是八个顶角的有机基团中只有一个是可以参与化学反应的活性基团，其余七个均为不参加反应的惰性基团。这类单官能团POSS由于只含有一个可反应基团，可用于制备线性的具有精确分子链结构的聚合物，例如：通过化学键将POSS“悬挂”到高分子聚合物主链或链端上，得到结构可调的倍半硅氧烷改性的纳米复合材料。

氰基是常见的极性基团，也是一种可以参与化学反应的活性基团，还可以将其水解变成羧酸或酰胺，也可以将其还原变成胺或醛。因此，将氰基引入POSS中不仅能增加POSS与高分子聚合物的相容性，还可以通过氰基的化学反应制备含POSS的高分子复合材料。此外，研究表明含氰基的有机硅材料具有特殊的性能，例如，含氰基的硅油具有独特的介电常数，适合用作高频下电容器的电介质；氰基硅橡胶具有良好的低温弹性﹑高介电性能和耐油性能。由此可见，含氰基的倍半硅氧烷具有重要的应用价值。但是目前常见的倍半硅氧烷是含乙烯基和环氧基团的POSS，而含氰基的POSS的合成和研究鲜见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种含氰基的笼型倍半硅氧烷及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种含氰基的笼型倍半硅氧烷，具有通式Ⅰ所示化学结构：

其中R为C1～C10氰烷基。

作为优选方案，R为C1～C6氰烷基，更进一步优选为C2～C4氰烷基(例如：2-氰乙基、3-氰丙基、3-氰丁基等)。

一种制备本发明所述的含氰基的笼型倍半硅氧烷的方法，包括如下步骤：

即：在碱性条件下，使式Ⅱ化合物与表示为R-SiCl₃的氯硅烷进行反应，制得式Ⅰ结构的笼型倍半硅氧烷。

作为优选方案，所述式Ⅱ化合物是由苯基硅烷偶联剂在碱催化下进行水解缩合反应制得。

作为进一步优选方案，所述式Ⅱ化合物的制备包括如下操作：使苯基硅烷偶联剂、水、碱催化剂在有机溶剂中于20～120℃进行水解缩合反应，得到式Ⅱ化合物。

作为更进一步优选方案，所述碱催化剂为碱金属氢氧化物(例如：氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯等)或四甲基氢氧化铵。