CN109232895A - 苯基聚硅氧烷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机硅高分子技术领域,具体的涉及一种苯基聚硅氧烷的制备方法。将苯基环硅氧烷、含有不同取代基的环硅氧烷、封端剂、卡宾基催化剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应后,恢复到常温,过滤,用有机溶剂洗涤滤饼,所得滤液在减压下蒸除溶剂后即得苯基聚硅氧烷。本发明将卡宾基催化剂应用于催化制备苯基聚硅氧烷;该卡宾基催化剂不溶于水相或有机相,通过有机聚合反应将卡宾单元引入到交联网络中,催化环硅氧烷开环聚合物制备苯基聚硅氧烷后,催化剂易分离,在聚硅氧烷中无残留。
Description
技术领域
本发明属于有机硅高分子技术领域,具体的涉及一种苯基聚硅氧烷的制备方法。
背景技术
聚硅氧烷是一类以硅氧键为骨架的聚合物,由于其特殊的半无机半有机结构特点,与其它聚合物相比具有许多独特的性能,如耐高低温性、耐候性、耐老化、电气绝缘、疏水、阻燃等,广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、生物医疗等领域,已成为国民经济不可或缺的一类高分子材料。苯基聚硅氧烷是一类取代基含有苯基的聚硅氧烷,由于苯基的引入,赋予所得聚硅氧烷更好的耐高温、耐油、耐辐照、耐老化等性能,在耐高温添加剂、导热油、粘结剂、密封胶等领域具有广泛的应用前景。阴离子开环聚合是制备聚硅氧烷常用方法之一,选用的催化剂包括碱金属氢氧化物、碱金属醇盐、硅醇盐、季胺碱等,但这些催化剂通常为小分子,在环硅氧烷中具有一定的溶解度,开环聚合后容易残留在产物中,影响聚硅氧烷在许多领域的应用。
N-杂环卡宾作为一类特殊催化剂,具有无金属参与、催化剂低廉、环境友好等优点,发现也是一类开环聚合制备聚硅氧烷的高效催化剂(张昊,氮杂环卡宾催化环硅氧烷开环聚合制备聚硅氧烷,南京工业大学硕士学位论文,2010)。但目前这些催化剂也为小分子,同样会在最终产物中少量残留,限制了聚硅氧烷在许多领域的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种苯基聚硅氧烷的制备方法。采用卡宾基催化剂,通过有机聚合反应将卡宾单元引入到交联网络中,催化环硅氧烷开环聚合物制备苯基聚硅氧烷后,催化剂易分离,在聚硅氧烷中无残留。
本发明所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,将苯基环硅氧烷、含有不同取代基的环硅氧烷、封端剂、卡宾基催化剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应后,恢复到常温,过滤,用有机溶剂洗涤滤饼,所得滤液在减压下蒸除溶剂后即得苯基聚硅氧烷。
其中:
苯基环硅氧烷为三甲基三苯基环三硅氧烷、四甲基四苯基环四硅氧烷、五甲基五苯基环五硅氧烷、六苯基环三硅氧烷、八苯基环四硅氧烷或十苯基环五硅氧烷中的一种或多种。
含有不同取代基的环硅氧烷为六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、三甲基三乙基环三硅氧烷、四甲基四乙基环四硅氧烷、三甲基三乙烯基环三硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷或四甲基环四硅氧烷中的一种或多种。
有机溶剂为乙醚、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、苯、甲苯或二甲苯中的一种或多种。
封端剂为六甲基二硅氧烷、六乙基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷或二乙烯基四甲基二硅氧烷中的一种或多种。
卡宾基催化剂的用量为苯基环硅氧烷和含有不同取代基的环硅氧烷质量和的0.1~5wt%,反应温度为80℃~150℃,反应时间为2h~24h。
卡宾基催化剂采用如下方法制备:在氩气保护下,将四(4-硼酸苯基)硅烷、卤代卡宾化合物、钯催化剂、酸吸收剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应完毕,恢复至常温,抽滤,洗涤,真空干燥后即得卡宾基催化剂。
其中:
卤代卡宾化合物的结构式如下:
其中X为溴或碘。
钯催化剂是氯化钯、醋酸钯、四(三苯基磷)钯、双三苯基磷二氯化钯、[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯、双乙腈氯化钯(II)或三(二亚苄基丙酮)二钯中的一种或任意两种以上的混合。
有机溶剂为四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲亚砜中的一种或任意两种以上的混合。
酸吸收剂为有机胺或无机碱;有机胺是三乙胺、二异丙胺、三丙胺或三正丁胺中的一种;无机碱为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯中的一种。
四(4-硼酸苯基)硅烷与卤代卡宾化合物的摩尔比为0.5~2:1。
四(4-硼酸苯基)硅烷与钯催化剂的摩尔比为1:0.01~0.1。
四(4-硼酸苯基)硅烷与酸吸收剂的摩尔比为1:4~200。
四(4-硼酸苯基)硅烷与有机溶剂的加入量的摩尔体积比为1~3:50,单位mmol/mL。
作为一个优选的技术方案,将本发明所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,具体包括以下步骤:
(1)卡宾基催化剂的制备
在氩气保护下,将四(4-硼酸苯基)硅烷、卤代卡宾化合物、钯催化剂、酸吸收剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应一段时间后,恢复至常温,抽滤,洗涤,真空干燥后即得卡宾基催化剂;
(2)苯基聚硅氧烷的制备
将苯基环硅氧烷、含有不同取代基的环硅氧烷、封端剂、卡宾基催化剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应一段时间后,恢复到常温,过滤,用少量的有机溶剂洗涤滤饼,所得滤液在减压下蒸除溶剂后即得苯基聚硅氧烷。
本发明通过有机聚合反应,将具有开环聚合催化活性的卡宾基引入到交联网络中,赋予催化剂在水相或有机相中的难以溶解的特性;在保留催化活性,催化环硅氧烷开环聚合制备苯基聚硅氧烷的同时,催化剂易分离,在苯基聚硅氧烷中无残留。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)通过本发明制备的卡宾基催化剂与传统的小分子阴离子开环聚合催化剂相比,在水相或有机相中均不溶解,易分离。
(2)本发明通过有机聚合反应将卡宾单元引入到交联网络中,催化环硅氧烷开环聚合制备苯基聚硅氧烷,该卡宾基催化剂易分离,制备的苯基聚硅氧烷中没有催化剂的残留。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
(1)卡宾基催化剂P-1的制备
合成路线如下:
在氩气保护下,将四(4-硼酸苯基)硅烷(256mg,0.5mmol)、1,3-双(2,6-二异丙基-4-溴苯基)咪唑卡宾(548mg,1mmol)、四(三苯基膦)钯(0.0289g,0.025mmol)和三乙胺(10mL)溶解到干燥的四氢呋喃(20mL)中,在80℃下反应48h。将反应混合物抽滤,滤饼用四氢呋喃、甲醇、二氯甲烷、水、丙酮洗涤,然后在70℃下真空干燥12h后得到0.56g棕色固体,产率约100%。
(2)聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)(PPS-1)的制备
合成路线如下:
将八甲基环四硅氧烷(D4,50g)、四甲基四苯基环四硅氧烷(D4 MePh,10g)、六甲基二硅氧烷(2g)、上述制备的卡宾基催化剂P-1(0.1g)加入到20mL甲苯中,在110℃搅拌下反应4h,恢复至常温,过滤,用少量的甲苯洗涤滤饼,所得甲苯的滤液在减压下蒸除甲苯后即得聚(二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)(PPS-1)。元素分析表明,氯元素和氮元素含量为零,证明所得产物中没有催化剂P-1的残留。分子量通过凝胶渗透色谱测定,为15324g/mol。
实施例2
(1)卡宾基催化剂P-2的制备
合成路线如下:
在氩气保护下,将四(4-硼酸苯基)硅烷(384mg,0.75mmol)、1,3-双(2,6-二异丙基-4-溴苯基)咪唑卡宾(548mg,1mmol)、四(三苯基膦)钯(0.0289g,0.025mmol)和碳酸钾(552mg,4mmol)加入到干燥的N,N-二甲基甲酰胺(20mL)中,在100℃下反应36h。将反应混合物抽滤,滤饼用四氢呋喃、甲醇、二氯甲烷、水、丙酮洗涤,然后在70℃下真空干燥12h后得到0.69g棕色固体,产率约100%。
(2)聚(甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)(PPS-2)的制备
合成路线如下:
将四甲基环四硅氧烷(D4 H,60g)、四甲基四苯基环四硅氧烷(D4 MePh,10g)、四甲基二硅氧烷(5g)上述制备的卡宾基催化剂P-2(0.5g)加入到20mL二甲苯中,在100℃搅拌下反应8h,恢复至常温,过滤,用少量的二甲苯洗涤滤饼,所得二甲苯的滤液在减压下蒸除二甲苯后即得聚(甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷)(PPS-2)。元素分析表明,溴元素和氮元素含量为零,证明所得产物中没有催化剂P-2的残留。分子量通过凝胶渗透色谱测定,为8450g/mol。
实施例3
(1)卡宾基催化剂P-3的制备
合成路线如下:
在氩气保护下,将四(4-硼酸苯基)硅烷(256mg,0.5mmol)、1,3-双(2,6-二异丙基-4-碘苯基)咪唑卡宾(642mg,1mmol)、双三苯基磷二氯化钯(0.0351g,0.05mmol)和碳酸钾(552mg,4mmol)加入到干燥的N,N-二甲基乙酰胺(25mL)中,在120℃下反应72h。将反应混合物抽滤,滤饼用四氢呋喃、甲醇、二氯甲烷、水、丙酮洗涤,然后在70℃下真空干燥12h后得到0.57g棕色固体,产率约100%。
(2)聚(二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷)(PPS-2)的制备
合成路线如下:
将六甲基环三硅氧烷(D3,60g)、八苯基环四硅氧烷(D4 Ph,10g)、二乙烯基四甲基二硅氧烷(3g)、上述制备的卡宾基催化剂P-3(0.3g)加入到20mL甲苯中,在100℃搅拌下反应12h,恢复至常温,过滤,用少量的甲苯洗涤滤饼,所得甲苯的滤液在减压下蒸除甲苯后即得聚(二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷)(PPS-3)。元素分析表明,氮元素含量为零,证明所得产物中没有催化剂P-3的残留。分子量通过凝胶渗透色谱测定,为20566g/mol。
本发明提供了一类卡宾催化剂的制备方法,并将其用于催化制备苯基聚硅氧烷。该类催化剂为一种交联聚合物,无法在有机溶剂或者是水相中溶解,该优势显而易见,也恰恰是与其它催化剂对比的最大优势。通过元素分析氮及卤素的含量表明,与催化剂相关的元素含量为零,表明最终产物中没有催化剂的残留。
Claims (10)
1.一种苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:将苯基环硅氧烷、含有不同取代基的环硅氧烷、封端剂、卡宾基催化剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应后,恢复到常温,过滤,用有机溶剂洗涤滤饼,所得滤液在减压下蒸除溶剂后即得苯基聚硅氧烷。
2.根据权利要求1所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:苯基环硅氧烷为三甲基三苯基环三硅氧烷、四甲基四苯基环四硅氧烷、五甲基五苯基环五硅氧烷、六苯基环三硅氧烷、八苯基环四硅氧烷或十苯基环五硅氧烷中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:含有不同取代基的环硅氧烷为六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、三甲基三乙基环三硅氧烷、四甲基四乙基环四硅氧烷、三甲基三乙烯基环三硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷或四甲基环四硅氧烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:有机溶剂为乙醚、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、苯、甲苯或二甲苯中的一种或多种;封端剂为六甲基二硅氧烷、六乙基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷或二乙烯基四甲基二硅氧烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:卡宾基催化剂的用量为苯基环硅氧烷和含有不同取代基的环硅氧烷质量和的0.1~5wt%,反应温度为80℃~150℃,反应时间为2h~24h。
6.根据权利要求1所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:卡宾基催化剂采用如下方法制备:在氩气保护下,将四(4-硼酸苯基)硅烷、卤代卡宾化合物、钯催化剂、酸吸收剂加入到有机溶剂中,在搅拌下加热反应完毕,恢复至常温,抽滤,洗涤,真空干燥后即得卡宾基催化剂。
7.根据权利要求6所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:卤代卡宾化合物的结构式如下:
其中X为溴或碘。
8.根据权利要求6所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:钯催化剂是氯化钯、醋酸钯、四(三苯基磷)钯、双三苯基磷二氯化钯、[1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯、双乙腈氯化钯或三(二亚苄基丙酮)二钯中的一种或任意两种以上的混合;有机溶剂为四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲亚砜中的一种或任意两种以上的混合。
9.根据权利要求6所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:酸吸收剂为有机胺或无机碱;有机胺是三乙胺、二异丙胺、三丙胺或三正丁胺中的一种;无机碱为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铯中的一种。
10.根据权利要求6所述的苯基聚硅氧烷的制备方法,其特征在于:四(4-硼酸苯基)硅烷与卤代卡宾化合物的摩尔比为0.5~2:1;四(4-硼酸苯基)硅烷与钯催化剂的摩尔比为1:0.01~0.1;四(4-硼酸苯基)硅烷与酸吸收剂的摩尔比为1:4~200;四(4-硼酸苯基)硅烷与有机溶剂的加入量的摩尔体积比为1~3:50,单位mmol/mL。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190118 |
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