CN108102089A - 一种硅烷改性聚醚中间体，硅烷改性聚醚聚合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请目的在于一种对水分敏感度低、易于储藏及施工的硅烷改性聚合物、其制备方法以及用于制备其的中间体。提供了下述通式I所示的硅烷改性聚醚聚合物，式中，R为直链或支链C₁‑C₁₀烷基，R’为直链或支链C₁‑C₁₀烷基、直链或支链C₁‑C₁₀烷氧基，n为重复单元数，硅烷改性聚醚聚合物的数均分子量为2000～20000。

Description

一种硅烷改性聚醚中间体，硅烷改性聚醚聚合物及其制备 方法

技术领域

本申请涉及密封胶技术领域。具体来说，本申请涉及一种硅烷改性聚醚中间体，硅烷改性聚醚聚合物及其制备方法。

背景技术

硅烷改性密封胶是一种新型密封胶，主要由基础聚合物(硅烷改性聚合物)，填料、催化剂及添加剂组成。由于其绿色环保，粘接性能优异、可涂饰性好，拥有良好的抗污染性等，广泛用于建筑、汽车等方面。而影响其性能的重要因素之一就是基础聚合物，即硅烷改性聚合物。

硅烷改性聚合物的结构特征是主链为大分子聚醚，端基是含可水解基团的硅烷基，以它为基体的硅烷改性密封胶固化后是以Si-O-Si键作为网络交联点,交联点和交联点之间是大分子聚醚。目前一般的硅烷改性聚合物合成方法采用的原料含有异氰酸酯，异氰酸酯与羟基反应生成氨基甲酸酯，如余建平在《一种单组分硅烷改性聚氨酯密封胶及其制备方法》中就是以两官能度的异氰酸酯先与聚醚多元醇反应得到含氨酯基的端羟基二元醇，再与硅烷偶联剂反应。异氰酸根对水分很敏感，与水反应会产生二氧化碳，容易产生气泡，不利于储藏及施工。

发明内容

本发明人对于上述以往技术中存在的问题进行反复认真的研究，发现了一种利用不含有异氰酸酯原料合成硅烷改性聚合物的方法，得到了一种新型的硅烷改性聚合物，克服现有技术中产品对水分的敏感度高的问题，完成了本发明。

本申请之目的在于提供一种对水分敏感度低、易于储藏及施工的硅烷改性聚合物、其制备方法以及一种硅烷改性聚醚中间体。

为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。

本申请的第1方案提供一种硅烷改性聚醚聚合物，其结构如下述通式I所示：

式中，R为直链或支链C₁-C₁₀烷基，

R’为直链或支链C₁-C₁₀烷基、直链或支链C₁-C₁₀烷氧基，

n为重复单元数，且n的取值使得所述硅烷改性聚醚聚合物的数均分子量为2000～20000。

本申请的第2方案为根据第1方案所述的硅烷改性聚醚聚合物，其中，

R为甲基或乙基，R’为甲基、甲氧基或乙氧基。

本申请的第3方案为第1或2方案所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其包括以下步骤：

步骤(1)：在惰性气氛下，将预先处理的端烯丙基聚醚与四甲基二氢二硅氧烷在催化剂作用下进行硅氢加成反应，然后减压脱除未反应的四甲基二氢二硅氧烷得到通II所示中间体；

步骤(2)：在惰性氛围下，将通II所示中间体与乙烯基烷氧基硅烷在催化剂作用下进行硅氢加成反应。

本申请的第4方案为根据第3方案所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

上述步骤(1)中，上述的端烯丙基聚醚为分子量2000～20000的端烯丙基聚氧丙烷二醇和分子量2000～20000的端烯丙基聚氧丙烷三醇中的一种或二者的混合物。

本申请的第5方案为根据第3或4方案所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

上述步骤(2)中，上述的乙烯基硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种的混合物。

本申请的第6方案为根据第3～5方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

上述步骤(1)中，通过如下方法进行所述预先处理，

在端烯丙基聚醚中加入0.05～5％的抗氧剂，在氮气保护下于60～100℃反应0.5～3h，然后在-0.085～-0.095MPa的压力下，于80～120℃的温度真空脱水0.5～2h。

本申请的第7方案为根据第3～6方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

上述步骤(1)中，所述抗氧剂为柠檬酸钠、抗坏血酸钠、生育酚、特丁基对苯二酚中的一种或两种以上的混合物。

本申请的第8方案为根据第3～8方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

步骤(1)中，以端烯丙基聚醚中的烯丙基数与四甲基二氢二硅氧烷摩尔比为1：1～1.5的方式进行所述的端烯丙基聚醚与四甲基二氢二硅氧烷的投料，在温度为60～120℃、时间为2～8h、催化剂用量为10ppm～100ppm(以Pt计)的条件下进行上述硅氢加成反应，

在压力为-0.08～-0.095MPa、温度为80～100℃、脱除时间为0.5～2h的条件下，脱除未反应的四甲基二氢二硅氧烷。

本申请的第9方案为根据第3～8方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

步骤(2)中，以通II所示中间体中的硅氢数与乙烯基烷氧基硅烷的摩尔比为1：1～1.5的方式进行上述的通II所示中间体与乙烯基烷氧基硅烷的投料，在温度为60～120℃、时间为2～8h的条件下进行硅氢加成反应。

本申请的第10方案为根据第3～9方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，步骤(1)中，温度为80～100℃，时间为3～5h，催化剂用量优选为20ppm～80ppm(以Pt计)，投料摩尔比为1：1～1.2。

本申请的第11方案为根据第3～10方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，步骤(2)中，温度为80～100℃，时间为3～5h，投料摩尔比为1：1～1.2。

本申请的第12方案为根据第3～11方案中任一项所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，所述惰性气氛为氮气气氛。

本申请的第13方案一种硅烷改性聚醚中间体，其结构如下述通式II所示：

式中，n为重复单元数，且n的取值使得所述硅烷改性聚醚中间体的数均分子量为1800～20000。

本申请的硅烷改性聚醚聚合物分子结构中不含有氨基甲酸酯基团，使得聚合物对水敏感度低、储存期长。本申请的制备方法采用的硅烷封端剂来源广泛、沸点高，使得设备简单、反应条件温和，不存在安全隐患。

具体实施方式

本申请涉及一种与现有技术相比对水分敏感度低、易于储藏及施工的硅烷改性聚合物、其制备方法以及一种烷改性聚醚中间体。

在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。

术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。

本申请的硅烷改性聚醚聚合物具有下述通式I所示的结构，

式中，R为直链或支链C₁-C₁₀烷基，R’为直链或支链C₁-C₁₀烷基、直链或支链C₁-C₁₀烷氧基，n为重复单元数，硅烷改性聚醚聚合物的数均分子量为2000～20000。

该硅烷改性聚醚聚合物对水分敏感度低、易于储藏及施工。

作为R基的直链或支链C₁-C₁₀烷基包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。作为R，优选为甲基或乙基。

作为R’基的直链或支链C₁-C₁₀烷氧基包括但不限于：甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等，作为R’基的直链或支链C₁-C₁₀烷氧基包括但不限于：甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基等。作为R’，优选为甲基、甲氧基或乙氧基。

n为重复单元数，只要使硅烷改性聚醚聚合物的数均分子量为2000～20000的范围内，n可为任意自然数。

本申请的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其包括以下步骤：

步骤(1)：在惰性氛围下，将预先处理的端烯丙基聚醚与四甲基二氢二硅氧烷在催化剂作用下进行硅氢加成反应，然后减压脱除未反应的四甲基二氢二硅氧烷得到通II所示中间体；

步骤(2)：在惰性氛围下，将通II所示中间体与乙烯基烷氧基硅烷在催化剂作用下进行硅氢加成反应。

通过这样的制造方法可以制造出对水分敏感度低、易于储藏及施工的硅烷改性聚醚聚合物。

步骤(1)中，所述惰性气氛优选为氮气气氛。

步骤(1)中，所述端烯丙基聚醚优选为分子量2000～20000的端烯丙基聚氧丙烷二醇和分子量2000～20000的端烯丙基聚氧丙烷三醇中的一种或二者的混合物。

步骤(1)中，优选通过如下方法进行所述预先处理：在端烯丙基聚醚中加入0.05～5％的抗氧剂，在氮气保护下于60～100℃反应0.5～3h，然后在-0.085～-0.095MPa的压力下，于80～120℃的温度真空脱水0.5～2h。

步骤(1)中，抗氧剂优选为柠檬酸钠、抗坏血酸钠、生育酚、特丁基对苯二酚中的一种或两种以上的混合物。

步骤(1)中，优选的是，以端烯丙基聚醚中的烯丙基数与所述四甲基二氢二硅氧烷摩尔比为1：1～1.5的方式进行端烯丙基聚醚与四甲基二氢二硅氧烷的投料，在温度为60～120℃、时间为2～8h、催化剂用量为10ppm～100ppm(以Pt计)的条件下进行硅氢加成反应，在压力为-0.08～-0.095MPa、温度为80～100℃、脱除时间为0.5～2h的条件下，脱除未反应的四甲基二氢二硅氧烷。

步骤(2)中，所述惰性气氛优选为氮气气氛。

步骤(2)中，乙烯基硅氧烷优选为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种的混合物。

步骤(2)中，优选的是，以通II所示中间体中的硅氢数与乙烯基烷氧基硅烷的摩尔比为1：1～1.5的方式进行通II所示中间体与乙烯基烷氧基硅烷的投料，在温度为60～120℃、时间为2～8h的条件下进行硅氢加成反应。

本申请的硅烷改性聚醚中间体，其结构如下述通式II所示：

式中，n为重复单元数，且n的取值使得所述硅烷改性聚醚中间体的数均分子量为1800～20000。

实施例

下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，均可按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1：

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管以及导气管的四口烧瓶中，依次加入200g预先处理的分子量为8000的端烯丙基聚氧丙烷二醇、30ppm氯铂酸催化剂，通入氮气并开始搅拌，加热升温至80℃，滴加8.9g四甲基二氢二硅氧烷，30min内滴加完毕，滴加结束后反应5h，反应结束后，-0.085MPa，80℃下减压蒸除0.5h；向烧瓶中接着加入乙烯基三甲氧基硅烷，加热升温至90℃，反应4h后得到三甲氧基硅烷封端的聚醚聚合物。

实施例2：

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管以及导气管的四口烧瓶中，依次加入200g预先处理的分子量为10000的端烯丙基聚氧丙烷二醇、40ppm氯铂酸催化剂，通入氮气并开始搅拌，加热升温至90℃，滴加7.6g四甲基二氢二硅氧烷，30min内滴加完毕，滴加结束后反应4h，反应结束后，-0.09MPa，90℃下减压蒸除0.5h；向烧瓶中接着加入乙烯基三乙氧基硅烷，加热升温至100℃，反应3h后得到三乙氧基硅烷封端的聚醚聚合物。

实施例3：

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管以及导气管的四口烧瓶中，依次加入200g预先处理的分子量为12000的端烯丙基聚氧丙烷二醇、50ppm氯铂酸催化剂，通入氮气并开始搅拌，加热升温至100℃，滴加4.85g四甲基二氢二硅氧烷，30min内滴加完毕，滴加结束后反应3h，反应结束后，-0.09MPa，100℃下减压蒸除1h；向烧瓶中接着加入乙烯基三乙氧基硅烷，80℃下反应5h后得到甲基二甲氧基硅烷封端的聚醚聚合物。

实施例4：

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管以及导气管的四口烧瓶中，依次加入200g预先处理的分子量为12000的端烯丙基聚氧丙烷二醇、30ppm氯铂酸催化剂，通入氮气并开始搅拌，加热升温至85℃，滴加5.23g四甲基二氢二硅氧烷，30min内滴加完毕，滴加结束后反应4h，反应结束后，-0.095MPa，85℃下减压蒸除2h；向烧瓶中接着加入乙烯基三乙氧基硅烷，85℃下反应4h后得到三甲氧基硅烷封端的聚醚和三乙氧基硅烷封端的聚醚混合物。

实施例5：

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管以及导气管的四口烧瓶中，依次加入200g预先处理的分子量为9000的端烯丙基聚氧丙烷三醇、70ppm氯铂酸催化剂，通入氮气并开始搅拌，加热升温至95℃，滴加11.4g四甲基二氢二硅氧烷，30min内滴加完毕，滴加结束后反应3h，反应结束后，-0.095MPa，95℃下减压蒸除1h；向烧瓶中接着加入乙烯基三乙氧基硅烷，90℃下反应4h后得到三乙氧基硅烷封端的聚醚和甲基二甲氧基硅烷封端的聚醚混合物。

实施例6：

在装有搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管以及导气管的四口烧瓶中，依次加入200g预先处理的分子量为16000的端烯丙基聚氧丙烷三醇、80ppm氯铂酸催化剂，通入氮气并开始搅拌，加热升温至90℃，滴加7.62g四甲基二氢二硅氧烷，30min内滴加完毕，滴加结束后反应4h，反应结束后，-0.09MPa，90℃下减压蒸除1h；向烧瓶中接着加入乙烯基三乙氧基硅烷，90℃下反应3h后得到三甲氧基硅烷封端的聚醚和三乙氧基硅烷封端的聚醚混合物。

实施例7～12

分别使用实施例1～6中所得的各硅烷改性聚醚，通过如下步骤，制备硅烷改性聚醚密封胶。

(1)备料：按照表1所示配比进行备料；

(2)使用双行星式搅拌机进行混合生产：将轻钙(即表1所示的纳米碳酸钙)、重钙、硅烷改性聚醚聚合物、偶联剂、增塑剂投入料缸，搅拌均匀；

(3)加入吸水剂，高速搅拌至分散均匀，物料中没有颗粒；

(4)升温至100～150℃，抽真空保温1～3小时；

(5)降温至30～60℃，停止真空；

(6)加入催化剂(即表1所示的二月硅酸二丁基锡)，搅拌均匀后脱泡出胶。

表1.实施例中各原料组分及质量分数

其中：

硅烷改性聚醚密封胶，该密封胶包括如下质量百分比成分：

＊1：硅烷改性聚醚树聚合物为实施例1～5中的制备的各硅烷改性聚醚聚合物；

＊2：增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；

吸水剂为乙烯基甲氧基硅烷；

＊3：偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷

比较例

(1)备料：按照表1所示配比进行备料(硅烷改性聚醚树脂为日本钟化产品S303)；

(2)使用双行星式搅拌机进行混合生产：将轻钙(即表1所示的纳米碳酸钙)、重钙、硅烷改性聚醚聚合物、偶联剂、增塑剂投入料缸，搅拌均匀；

(3)加入吸水剂，高速搅拌至分散均匀，物料中没有颗粒；

(4)升温至100～150℃，抽真空保温1～3小时；

(5)降温至30～60℃，停止真空；

(6)加入催化剂(即表1所示的二月硅酸二丁基锡)，搅拌均匀后脱泡出胶。

对实施例7～12以及比较例所得的硅烷改性聚醚密封胶，测定表干时间、100％定伸强度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度以及硬度。

对于表干时间，按GB/T 13477.5-2002-《建筑密封胶材料试验方法第5部分：表干时间的测定》中8.2B法规定试验进行测定。

对于拉伸强度、100％定伸强度和拉断伸长率，按GB/T528-2009-《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的规定试验进行测定。

对于撕裂强度，按GBT 529—1991-《硫化橡胶撕裂强度的测定》的规定试验进行测定。

对于100％定伸强度、拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度由电子万能拉力机WDW-300来进行测试得出，该仪器采购自济南华兴试验设备有限公司。

对于硬度，按GBT 531.1-2008-《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第一部分：邵氏硬度计法(邵氏硬度)》的规定试验进行测定；由邵A硬度仪LX-A测试，该仪器采购自方圆试验仪器有限公司。

将测定结果示于表2。

表2.各实施例的效果数据

Claims (10)

1.一种硅烷改性聚醚聚合物，其结构如下述通式I所示：

式中，R为直链或支链C₁-C₁₀烷基，

R’为直链或支链C₁-C₁₀烷基、直链或支链C₁-C₁₀烷氧基，

n为重复单元数，且n的取值使得所述硅烷改性聚醚聚合物的数均分子量为2000～20000。

2.如权利要求1所述的硅烷改性聚醚聚合物，其中，

所述R为甲基或乙基，所述R’为甲基、甲氧基或乙氧基。

3.如权利要求1所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其包括以下步骤：

步骤(1)：在惰性气氛下，将预先处理的端烯丙基聚醚与四甲基二氢二硅氧烷在催化剂作用下进行硅氢加成反应，然后减压脱除未反应的四甲基二氢二硅氧烷得到通式II所示硅烷改性聚醚中间体；

步骤(2)：在惰性气氛下，将式II所示中间体与乙烯基烷氧基硅烷在催化剂作用下进行硅氢加成反应。

4.如权利要求3所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

所述步骤(1)中，所述端烯丙基聚醚为分子量2000～20000的端烯丙基聚氧丙烷二醇和分子量2000～20000的端烯丙基聚氧丙烷三醇中的一种或二者的混合物。

5.如权利要求3或4所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

所述步骤(2)中，所述乙烯基硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基甲基二甲氧基硅烷中的一种或两种的混合物。

6.如权利要求3或4所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

所述步骤(1)中，通过如下方法进行所述预先处理，

在端烯丙基聚醚中加入0.05～5％的抗氧剂，在氮气保护下于60～100℃反应0.5～3h，然后在-0.085～-0.095MPa的压力下，于80～120℃的温度真空脱水0.5～2h。

7.如权利要求3或4所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

所述步骤(1)中，所述抗氧剂为柠檬酸钠、抗坏血酸钠、生育酚、特丁基对苯二酚中的一种或两种以上的混合物。

8.如权利要求3或4所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

所述步骤(1)中，以所述端烯丙基聚醚中的烯丙基数与所述四甲基二氢二硅氧烷摩尔比为1：1～1.5的方式进行所述端烯丙基聚醚与所述四甲基二氢二硅氧烷的投料，在温度为60～120℃、时间为2～8h、催化剂用量为10ppm～100ppm(以Pt计)的条件下进行所述硅氢加成反应，

在压力为-0.08～-0.095MPa、温度为80～100℃、脱除时间为0.5～2h的条件下，脱除未反应的四甲基二氢二硅氧烷。

9.如权利要求3或4所述的硅烷改性聚醚聚合物的制备方法，其中，

所述步骤(2)中，以式II所示中间体中的硅氢数与所述乙烯基烷氧基硅烷的摩尔比为1：1～1.5的方式进行式II所示中间体与所述乙烯基烷氧基硅烷的投料，在温度为60～120℃、时间为2～8h的条件下进行所述硅氢加成反应。

10.一种硅烷改性聚醚中间体，其结构如下述通式II所示：

式中，n为重复单元数，且n的取值使得所述硅烷改性聚醚中间体的数均分子量为1800～20000。