CN111286032A - 一种均聚有机硅树脂微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工领域,具体关于一种均聚有机硅树脂微球的制备方法;本方法采用甲基三甲氧基硅烷在酸性条件下水解,然后在茂金属硅烷粒径控制剂下于碱性环境下发生均聚反应制备而成;本发明的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,本方法加入一种茂金属硅烷粒径控制剂,能够有效的在常压下控制树脂微球的粒径,使生产的微球粒径分布窄,而且本方法能够高效率生产有机硅树脂微球,生产工艺连续性强,可操作性强,非常具有投产价值。生产过程中不使用高温高压,安全可靠,复合绿色生产工艺的特点。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域,尤其是一种均聚有机硅树脂微球的制备方法。
背景技术
有机硅聚合物也可以被制成纳米材料,使其具有一些特殊的性能及用途。
201210226121.9涉及一种高效率生产有机硅树脂微球的方法,该包括:(1)向高温高压反应器中加入具有三个或四个可水解基团的硅烷,并投入水,搅拌;(2)向反应器中通入惰性气体,使得反应器中气体压强为760×1-7600×10mmHg;(3)加热反应器,直至温度在(相应压强下的水沸点-10℃)至相应压强下的水沸点的范围内,进行水解反应;(4)保温保压下,加入碱,调节反应器中反应物的pH为7-14,进行缩聚、成球反应;(5)降温、降压至常温、常压,出料得到有机硅树脂微球水性悬浮液。其能提高有机硅树脂的生产率,简化生产工序。
201210226121.9涉及一种高效率生产有机硅树脂微球的方法,该包括:(1)向高温高压反应器中加入具有三个或四个可水解基团的硅烷,并投入水,搅拌;(2)向反应器中通入惰性气体,使得反应器中气体压强为760×1-7600×10mmHg;(3)加热反应器,直至温度在(相应压强下的水沸点-10℃)至相应压强下的水沸点的范围内,进行水解反应;(4)保温保压下,加入碱,调节反应器中反应物的pH为7-14,进行缩聚、成球反应;(5)降温、降压至常温、常压,出料得到有机硅树脂微球水性悬浮液。其能提高有机硅树脂的生产率,简化生产工序。
201811228071.1公开了一种亲水性有机硅微球及其制备方法。制备方法包括如下步骤:首先将硅烷单体A、硅烷单体B和去离子水加入到反应器中,加入酸性催化剂进行水解反应;然后加入碱性催化剂进行缩聚反应,反应完成后经离心分离、过滤、洗涤,得到的白色固体再分散在去离子水中形成分散液;对分散液进行搅拌加热,同时加入含碳碳双键的亲水单体C和催化剂D,之后继续保温反应,反应结束后经离心、过滤、洗涤、干燥制得亲水性有机硅微球。所述有机硅微球粒径控制在1.0~15μm之间,具有优异的亲水性,用于水性树脂,合成步骤简单,原料成本低,生产过程中使用去离子水为溶剂或者分散液,无毒环保,高附加值,适合大规模生产。
以上技术和现有专利所提供的有机硅树脂微球存在颗粒粒径分布太广,限制了其在一些领域的应用。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种均聚有机硅树脂微球的制备方法。
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
按照质量份,将80-100份的甲基三甲氧基硅烷与350-800份的去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度10-20的盐酸调节pH值至3-6,搅拌均匀后升温到40-80℃,保温60-90min进行水解反应;然后加入0.1-1份的茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.3-0.6份的8%-12%的NaOH溶液,调节pH值8-10,进行缩聚反应;保温缩聚反应60-120min后,加入5%-10%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在100-120℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
按照质量份数,取3-8份的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、40-80份的丙烯酸乙酯以及1-5份的二甲基烯丙基硅烷,加入至280-380份的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合20-30min,然后控温温度60-80℃,将2.4-6.8份的过硫酸铵溶解于30-50份的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加1-5h;滴加完毕后控温50-70℃,继续反应1-4h,再加入0.06-0.5份的乙烯基二茂铁、0.01-0.1份的十一烯酸锌、0.1-1份的氯酸铂、控温50-70℃,继续反应0.5-2h,然后冷却到室温,加入300-500份的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在40-60℃下真空干燥6-10h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
其反应机理为:2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐,二甲基烯丙基硅烷,丙烯酸乙酯在过硫酸铵的引发下进行乳液聚合,生成带有二甲基丙基硅烷官能团的聚合物;
二甲基丙基硅烷的聚合物在氯酸铂的作用下,与十一烯酸锌进行硅氢加成反应,得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂,其反应中间产物示意如下, Poly代表二甲基丙基硅烷的聚合物的聚合物基团;
所述的洗涤料浆使用去离子水或甲醇或乙醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本发明的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,本方法加入一种茂金属硅烷粒径控制剂,二甲基烯丙基硅烷聚合后与乙烯基二茂铁、十一烯酸锌发生硅氢加成反应,茂金属硅烷粒径控制剂能够有效的在常压下控制树脂微球的粒径,使生产的微球粒径分布窄,茂金属硅烷粒径控制剂的加入可以降低聚有机硅树脂微球生成的活化能,降低聚有机硅树脂微球的颗粒大小,微量茂金属的引入可以与羧酸配位,具有协同接力乳化的作用。
本方法能够高效率生产有机硅树脂微球,生产工艺连续性强,可操作性强,非常具有投产价值。生产过程中不使用高温高压,安全可靠,复合绿色生产工艺的特点,实施例制备的有机硅树脂微球的平均粒径为530nm,粒径多分散性指数为1.455。
附图说明
图1为实施例2所制备的均聚有机硅树脂微球样品的傅里叶红外光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明:
采用Coulter LS230型激光粒度仪测定产品的平均粒径以及粒径多分散性指数,粒径多分散性指数值越小,粒子粒径分布越窄。
实施例1
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将80g甲基三甲氧基硅烷与350g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度10的盐酸调节pH值至3,搅拌均匀后升温到40℃,保温60min进行水解反应;然后加入0.1g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.3g8%的NaOH溶液,调节pH值8,进行缩聚反应;保温缩聚反应60min后,加入5%-的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在100℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取3g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、40g的丙烯酸乙酯以及1g的二甲基烯丙基硅烷,加入至280g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合20min,然后控温温度60℃,将2.4g的过硫酸铵溶解于30g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加1h;滴加完毕后控温50℃,继续反应1h,再加入0.06g的乙烯基二茂铁、0.01g的十一烯酸锌、0.1g的氯酸铂、控温50℃,继续反应0.5h,然后冷却到室温,加入300g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在40℃下真空干燥6h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的盐酸调节pH值到3。
所述的洗涤料浆使用去离子水。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为560nm,粒径多分散性指数为1.571。
实施例2
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将90g甲基三甲氧基硅烷与50g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度14的盐酸调节pH值至5,搅拌均匀后升温到60℃,保温80min进行水解反应;然后加入0.5g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.5g10%的NaOH溶液,调节pH值9,进行缩聚反应;保温缩聚反应90min后,加入8%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在110℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取5g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、46g的丙烯酸乙酯以及3g的二甲基烯丙基硅烷,加入至300g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合26min,然后控温温度72℃,将5g的过硫酸铵溶解于38g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加3h;滴加完毕后控温56℃,继续反应2h,再加入0.1g的乙烯基二茂铁、0.03g的十一烯酸锌、0.2g的氯酸铂、控温56℃,继续反应1h,然后冷却到室温,加入350g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在45℃下真空干燥8h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的盐酸调节pH值到5。
所述的洗涤料浆使用甲醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为540nm,粒径多分散性指数为1.492。
由图1均聚有机硅树脂微球样品的傅里叶红外光谱图可知:
在3247和3146cm-1附近存在聚甲基三甲氧基硅烷的甲基的碳氢反对对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收峰,在1440和1329cm-1附近存在聚甲基三甲氧基硅烷硅碳键的吸收峰,在1170cm-1附近存在聚甲基三甲氧基硅烷硅氧和碳氧的合并吸收峰,在815cm-1附近存在聚甲基三甲氧基硅烷硅氧键吸收峰。
实施例3
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将100g甲基三甲氧基硅烷与800g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度20的盐酸调节pH值至6,搅拌均匀后升温到80℃,保温90min进行水解反应;然后加入1g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.6g 12%的NaOH溶液,调节pH值10,进行缩聚反应;保温缩聚反应120min后,加入10%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在120℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取8g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、80g的丙烯酸乙酯以及5g的二甲基烯丙基硅烷,加入至380g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合30min,然后控温温度80℃,将6.8g的过硫酸铵溶解于50g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加5h;滴加完毕后控温70℃,继续反应4h,再加入0.5g的乙烯基二茂铁、0.1g的十一烯酸锌、1g的氯酸铂、控温70℃,继续反应2h,然后冷却到室温,加入500g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在60℃下真空干燥10h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的盐酸调节pH值到6。
所述的洗涤料浆使用去离子水或甲醇或乙醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为530nm,粒径多分散性指数为1.455。
对比例1
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将90g甲基三甲氧基硅烷与50g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度14的盐酸调节pH值至5,搅拌均匀后升温到60℃,保温80min进行水解反应;搅拌混合均匀后加入0.5g10%的NaOH溶液,调节pH值9,进行缩聚反应;保温缩聚反应90min后,加入8%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在110℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的洗涤料浆使用去离子水。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为780nm,粒径多分散性指数为3.894。
对比例2
将90g甲基三甲氧基硅烷与50g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度14的盐酸调节pH值至5,搅拌均匀后升温到60℃,保温80min进行水解反应;然后加入0.5g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.5g10%的NaOH溶液,调节pH值9,进行缩聚反应;保温缩聚反应90min后,加入8%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在110℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取5g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、46g的丙烯酸乙酯以及3g的二甲基烯丙基硅烷,加入至300g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合26min,然后控温温度72℃,将5g的过硫酸铵溶解于38g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加3h;滴加完毕后控温56℃,继续反应2h,然后冷却到室温,加入350g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在45℃下真空干燥8h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的盐酸调节pH值到5。
所述的洗涤料浆使用甲醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
所述的盐酸调节pH值到3。
所述的洗涤料浆使用去离子水。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为710nm,粒径多分散性指数为2.814。
对比例3
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将90g甲基三甲氧基硅烷与50g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度14的盐酸调节pH值至5,搅拌均匀后升温到60℃,保温80min进行水解反应;然后加入0.5g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.5g10%的NaOH溶液,调节pH值9,进行缩聚反应;保温缩聚反应90min后,加入8%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在110℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取5g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、46g的丙烯酸乙酯以及3g的二甲基烯丙基硅烷,加入至300g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合26min,然后控温温度72℃,将5g的过硫酸铵溶解于38g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加3h;滴加完毕后控温56℃,继续反应2h,再加入0.03g的十一烯酸锌、0.2g的氯酸铂、控温56℃,继续反应1h,然后冷却到室温,加入350g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在45℃下真空干燥8h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的洗涤料浆使用甲醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为660nm,粒径多分散性指数为2.814。
对比例4
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将90g甲基三甲氧基硅烷与50g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度14的盐酸调节pH值至5,搅拌均匀后升温到60℃,保温80min进行水解反应;然后加入0.5g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.5g10%的NaOH溶液,调节pH值9,进行缩聚反应;保温缩聚反应90min后,加入8%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在110℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取5g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、46g的丙烯酸乙酯以及3g的二甲基烯丙基硅烷,加入至300g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合26min,然后控温温度72℃,将5g的过硫酸铵溶解于38g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加3h;滴加完毕后控温56℃,继续反应2h,再加入0.1g的乙烯基二茂铁、0.2g的氯酸铂、控温56℃,继续反应1h,然后冷却到室温,加入350g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在45℃下真空干燥8h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的洗涤料浆使用甲醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为630nm,粒径多分散性指数为2.763。
对比例5
一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
将90g甲基三甲氧基硅烷与50g去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度14的盐酸调节pH值至5,搅拌均匀后升温到60℃,保温80min进行水解反应;然后加入0.5g茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.5g10%的NaOH溶液,调节pH值9,进行缩聚反应;保温缩聚反应90min后,加入8%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在110℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
取5g的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、46g的丙烯酸乙酯加入至300g的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合26min,然后控温温度72℃,将5g的过硫酸铵溶解于38g的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加3h;滴加完毕后控温56℃,继续反应2h,再加入0.1g的乙烯基二茂铁、0.03g的十一烯酸锌、0.2g的氯酸铂、控温56℃,继续反应1h,然后冷却到室温,加入350g的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在45℃下真空干燥8h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
所述的洗涤料浆使用甲醇。
所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
本实验的茂金属硅烷粒径控制剂不发生硅氢加成反应。
本实验制备的有机硅树脂微球的平均粒径为608nm,粒径多分散性指数为2.165。
Claims (7)
1.一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其操作步骤为:
按照质量份,将80-100份的甲基三甲氧基硅烷与350-800份的去离子水投入反应器中,加入质量百分比浓度10-20的盐酸调节pH值至3-6,搅拌均匀后升温到40-80℃,保温60-90min进行水解反应;然后加入0.1-1份的茂金属硅烷粒径控制剂,搅拌混合均匀后加入0.3-0.6份的8%-12%的NaOH溶液,调节pH值8-10,进行缩聚反应;保温缩聚反应60-120min后,加入5%-10%的稀硫酸调节pH值至中性,出料、脱水;然后洗涤料浆,在100-120℃下干燥,破碎后即可得到所述的一种均聚有机硅树脂微球。
2.根据权利要求1所述的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其特征在于:所述的茂金属硅烷粒径控制剂采用2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐,二甲基烯丙基硅烷,丙烯酸乙酯在过硫酸铵的引发下进行乳液聚合,生成带有二甲基丙基硅烷官能团的聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其特征在于:所述的的聚合物在氯酸铂的作用下,与十一烯酸锌进行硅氢加成反应,得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
4.根据权利要求1所述的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其特征在于:所述的茂金属硅烷粒径控制剂按照以下方法加工:
按照质量份数,取3-8份的2-甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氨基]-1-丙磺酸钠盐、40-80份的丙烯酸乙酯以及1-5份的二甲基烯丙基硅烷,加入至280-380份的N-甲基吡咯烷酮和异丙醇的混合溶剂中,搅拌混合20-30min,然后控温温度60-80℃,将2.4-6.8份的过硫酸铵溶解于30-50份的异丙醇中,并缓慢滴加的反应器中,控制滴加1-5h;滴加完毕后控温50-70℃,继续反应1-4h,再加入0.06-0.5份的乙烯基二茂铁、0.01-0.1份的十一烯酸锌、0.1-1份的氯酸铂、控温50-70℃,继续反应0.5-2h,然后冷却到室温,加入300-500份的丙酮,萃取,将得到的溶液蒸干,得到固体在40-60℃下真空干燥6-10h,然后粉碎,即可得到所述的茂金属硅烷粒径控制剂。
5.根据权利要求1所述的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其特征在于:所述的盐酸调节pH值到3-6。
6.根据权利要求1所述的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其特征在于:所述的洗涤料浆使用去离子水或甲醇或乙醇。
7.根据权利要求1所述的一种均聚有机硅树脂微球的制备方法,其特征在于:所述的一种均聚有机硅树脂微球作为一种优良的光扩散剂使用。
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