[发明专利]新型水溶性可聚合POSS及其制备方法

说明书

本发明提供了一种新型水溶性可聚合POSS及其制备方法，步骤如下：（1）将笼型低聚倍半硅氧烷与3‑巯基‑1‑丙烷磺酸钠溶于溶剂中，加入助剂，在惰性气体保护下进行反应；（2）将步骤（1）反应后溶液旋转蒸发或过滤得到固体粉末，洗涤后溶于去离子水，离心取上清液，冷冻干燥得到白色固体粉末。本发明制得了新型水溶性且可聚合POSS，该新型POSS分子同时带有磺酸钠基和碳碳双键，一方面具有良好的水溶性，水中的溶解度为240‑1300 mg/ml；另一方面，该化合物可作为自由基聚合的单体或交联剂，也可以进行巯基‑烯反应。

技术领域

本发明属于有机硅材料技术领域，具体涉及新型水溶性可聚合POSS及其制备方法。

背景技术

笼型低聚倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxane， POSS)是一种分子水平的有机无机杂化材料。POSS的内核是由Si-O-Si所组成的规整的无机笼型结构，外围顶点为若干个不同或相同的有机取代基团。POSS特殊的分子结构赋予了其具有协同有机无机组分优点的特征，如良好的热稳定性、优异的热机械性能以及与聚合物之间良好的界面相容性，是一种出色的用于聚合物改性的纳米填料。

POSS分子的尺寸在1-3 nm，将其引入聚合物中，可以赋予复合材料良好的热稳定性、较高的机械强度、耐高温、抗氧化及抗老化性，同时具有光、介电、阻燃性等性能，已在阻燃、超疏水、涂料、高性能材料等领域进行了应用。POSS不仅在传统聚合物改性领域应用广泛，近年来，由于其良好的生物相容性、较好的稳定性和无毒性等特性，在生物医用材料领域的应用也引起了研究者的关注，被称为新一代生物医用材料，作为基因传递载体、心脏支架材料和组织工程材料都有文献报道。

相对于被广泛报道的POSS基聚合物材料，POSS分子自身的制备与合成研究相对偏少。目前商品化的具有反应官能团的POSS种类较少，多为单官能团或具有相同官能团的POSS，价格较为昂贵，且绝大部分不溶于水，无法在生理条件下使用。文献也报道了一些不对称型的双官能团POSS的合成方法，但后续的分离提纯较为繁琐，限制了其推广应用。一种简易高效的水溶性且带有可聚合官能团POSS的制备方法已成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明提出了一种新型水溶性且可聚合POSS及其制备方法，解决了目前POSS不溶于水、无法在生理条件下使用，且制备方法复杂的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种新型水溶性可聚合POSS的制备方法，步骤如下：

（1）将笼型低聚倍半硅氧烷与3-巯基-1-丙烷磺酸钠溶于溶剂中，加入助剂，在惰性气体保护下进行反应；

（2）将步骤（1）反应后溶液旋转蒸发或过滤得到固体粉末，洗涤后溶于去离子水，离心取上清液，冷冻干燥得到白色固体粉末。

优选地，上述方法分以下两种情况：

第一种情况：

步骤（1）中笼型低聚倍半硅氧烷为丙烯酰氧基POSS或甲基丙烯酰氧基POSS，按一定摩尔比称取丙烯酰氧基POSS或甲基丙烯酰氧基POSS和3-巯基-1-丙烷磺酸钠（MPSA）溶于甲醇中、在三乙胺或正丁胺作用下发生亲核机理的巯基-烯迈克尔加成反应，反应在常温下、惰性气体保护下搅拌反应6-8h，反应后将得到的溶液旋转蒸发，得到白色固体颗粒，将固体颗粒溶于水离心取清液，冷冻干燥得白色固体颗粒，制成新型水溶性可聚合POSS。

当笼型低聚倍半硅氧烷为丙烯酰氧基POSS或甲基丙烯酰氧基POSS时，助剂为三乙胺或正丁胺。

第二种情况：