一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法
2023-06-07 22:29:11 1
專利名稱：一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷(0APQ的製備方法，屬於納米材料技術領域。
背景技術：
籠型低聚矽倍半氧烷(POSS)是一種具有納米尺寸的三維籠型結構的有機-無機雜化材料，同時具有有機材料和無機材料的優點。因此，POSS在聚合物阻燃、催化劑、印刷、 電化學等諸多領域有著廣泛的應用。例如，在聚合物阻燃領域，POSS可以通過共混，接枝， 交聯和共聚等多種手段添加到聚合物中，以提高聚合物的熱穩定性、抗氧化性、介電性能， 降低聚合物的燃燒性。八氨基苯基矽倍半氧烷作為一種POSS納米材料，具有良好的化學反應性和耐熱性，可以與多種化學基團進行反應，如環氧基、氰基、異氰酸酯基和酸酐等基團進行反應，通過上述反應，八氨基苯基矽倍半氧烷可以通過接枝、交聯和共聚等多種手段添加到環氧樹脂、氰酸酯、聚氨酯和聚醯亞胺等聚合物中，以提高聚合物的耐熱性能、抗氧化性能、介電性能、氣體滲透性能和力學性能。現有的含八氨基苯基籠型低聚矽倍半氧烷通常是由催化還原八硝基苯基籠型低聚矽倍半氧烷製得的，此類物質已經在耐高溫材料、阻燃材料等方面得到了應用。目前，在中國的專利中有關八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法有兩篇一篇為含氨基苯基倍半矽氧烷的製備方法(授權公告號CN 100412077C，授權公告日2008年8月20日)，其使用i^e/C 作為催化劑和水合胼作為還原劑合成了八氨基苯基矽倍半氧烷；另一篇為一種八氨基苯基籠形矽倍半氧烷的製備方法(授權公告號CN 100430406C，授權公告日2008年11月5日)， 其使用鋁化合物或者鋁和鐵的化合物的混合物作為催化劑，水合胼為還原劑合成了八氨基苯基矽倍半氧烷。本發明通過催化劑的改進，催化效率大大提高，使合成周期大大縮短，合成時間僅需lh，而上述兩篇專利報導的時間分別為2 12h和7 9h。
發明內容
本發明的目的是為了提出一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷，它是一種新型的含氨基的低聚矽倍半氧烷納米材料，同時含有矽、氮元素，以其具有POSS和-NH2的結構特點，在聚合物複合材料中具有協同阻燃、耐高溫、提高介電性能和力學性能等作用。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其具體製備步驟如下1)將八硝基苯基矽倍半氧烷和溶劑加入到帶有冷凝回流裝置、控溫裝置、惰性氣體保護和磁力攪拌裝置的反應器中，攪拌，控制反應器的溫度為20 100°C，加入鈀碳催化劑(Pd/C)和三氯化鐵，然後滴加水合胼，反應時間為0. 5 2小時，得到反應液；
2)將步驟1)得到的反應液過濾，濾液置於錐形分液漏鬥中，然後用食鹽水洗滌 3-5次，然後將有機層加入到沉澱劑中，過濾，將濾餅烘乾，濾餅的烘乾溫度為40 100°C， 最後得到籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷；上述步驟1)中惰性氣體為氮氣或氬氣；上述步驟1)中鈀碳催化劑(Pd/C)中金屬鈀的質量分數為 10% ；上述步驟1)中三氯化鐵為可以含有結晶水，也可以不含有結晶水；優選為含結晶水的三氯化鐵；上述步驟1)中水合胼溶度為40% 90% ；優選為80% ；上述步驟1)中八硝基苯基矽倍半氧烷與鈀碳催化劑的質量之比為1 0. 05 1 ；上述步驟1)中八硝基苯基矽倍半氧烷與三氯化鐵的質量之比為1 0. 01 0. 5 ；上述步驟1)中八硝基苯基矽倍半氧烷與水合胼的物質的量之比為1 16 80;上述步驟1)中溶劑為C1 C3的醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、 二甲苯、二氧六環、四氫呋喃、吡啶、二甲基甲醯胺中的一種或其混合物，溶劑優選為四氫呋喃；八硝基苯基矽倍半氧烷與溶劑的比為Ig 1 20ml;上述步驟2)中沉澱劑為正己烷、正庚烷、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、去離子水、環己烷中的一種或其混合物，優選為正己烷；上述步驟2)中有機層的體積與沉澱劑的體積比為1 1 20。經上述製備方法製備的籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷為含有八個氨基苯基的籠型低聚矽倍半氧烷，其結構式如式(1)所示
權利要求
1. 一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於具體製備步驟如下1)將八硝基苯基矽倍半氧烷和溶劑加入到反應器中，攪拌，控制反應器的溫度為20 100°C，加入鈀碳催化劑和三氯化鐵，然後滴加水合胼，反應時間為0. 5 2小時，得到反應液；2)將步驟1)得到的反應液過濾，將濾液用食鹽水洗滌，然後將有機層加入到沉澱劑中，過濾，將濾餅烘乾，濾餅的烘乾溫度為40 100°C，最後得到籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷；上述步驟1)中八硝基苯基矽倍半氧烷與鈀碳催化劑的質量之比為1 0.05 1;八硝基苯基矽倍半氧烷與三氯化鐵的質量之比為1 0.01 0.5;八硝基苯基矽倍半氧烷與水合胼的物質的量之比為1 16 80;八硝基苯基矽倍半氧烷與溶劑的比為Ig 1 20ml ；上述步驟1)中溶劑為C1 C3的醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、 二氧六環、四氫呋喃、吡啶、二甲基甲醯胺中的一種或其混合物；上述步驟2)中沉澱劑為正己烷、正庚烷、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、去離子水、環己烷中的一種或其混合物；上述步驟幻中有機層的體積與沉澱劑的體積比為1 1 20。經上述製備方法製備的籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷含有八個氨基苯基的籠型低聚矽倍半氧烷，其結構式如式(1)所示
2.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於步驟1)中的反應器帶有冷凝回流裝置、控溫裝置、惰性氣體保護和磁力攪拌裝置。
3.根據權利要求2所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於惰性氣體為氮氣或氬氣。
4.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於步驟1)中鈀碳催化劑質量中金屬鈀的質量分數為 10%。
5.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於步驟1)中三氯化鐵為含有結晶水。
6.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於步驟1)中三氯化鐵為不含結晶水。
7.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於步驟1)中水合胼溶度為40% 90%。式(1)。
8.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於溶劑為四氫呋喃。
9.根據權利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，其特徵在於沉澱劑為正己烷。
全文摘要
本發明涉及一種籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷的製備方法，屬於納米材料技術領域。將八硝基苯基矽倍半氧烷和溶劑加入到反應器中，攪拌，控制反應器的溫度為20～100℃，加入鈀碳催化劑和三氯化鐵，然後滴加水合肼，反應時間為0.5～2小時，得到反應液；將得到的反應液過濾，將濾液用食鹽水洗滌，然後將有機層加入到沉澱劑中，過濾，將濾餅烘乾，濾餅的烘乾溫度為40～100℃，最後得到籠型低聚八氨基苯基矽倍半氧烷。本發明的反應條件溫和穩定、重複性好、催化效率高、產率高、周期短等特點，適合擴大性生產；得到的產物通過接枝、交聯或共聚等方式添加到聚合物中，能夠提高聚合物的阻燃、耐高溫、力學、介電性能等多種性能。
文檔編號C07F7/21GK102391303SQ20111032540
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者徐文宇, 楊榮傑, 範海波 申請人:北京理工大學