CN111333847A - 一种封端多用途抗菌性有机硅树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封端多用途抗菌性有机硅树脂及其制备方法，属于化学合成技术领域，所述有机硅树脂由以下重量份的原料制备而成：硅氧烷柔性单体0～100份、硅氧烷刚性单体0～100份、氨基硅烷5～10份、烷基化试剂W 5～12份、季铵化试剂5～12份。本发明的有机硅本身兼具有机高分子和无机材料的特性，具有耐生物降解和耐热耐老化的特性，在其主链上接枝抗菌杀菌基团后，其耐生物降解和耐热耐老化性能显著提高的同时不存在局部缺陷；本发明的树脂本身带阳离子，本身具有很好的表面活性和分散性，无需另加分散剂就能将颜填料很好的分散，能保证复合材料(无纤维)的各向同性；同时可以调整树脂结构得到不同软硬度的树脂，可用于不同领域。

Description

一种封端多用途抗菌性有机硅树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体的涉及一种封端多用途抗菌性有机硅树脂及其制备方法。
背景技术
有机复合材料是树脂，功能性填料，各种助剂、固化剂及催化剂复合作用的结果，其主要性能很大程度上决定于树脂的结构及物理化学性能。树脂改性一般通过不同树脂的物理混合技术做到。有机复合材料成本低，原料来源方便，工艺简单，故在复合材料领域中得到广泛应用。
近年来，通过树脂改性获得高性能有机复合材料的技术获得广泛应用。有机复合材料主要包含基体材料、功能性填料、分散剂、纤维、混合溶剂、固化剂及催化剂等。固化剂有：胺类固化剂，异氰酸酯类固化剂等。其中基体材料绝大部分为有机高分子，如：酚醛树脂，环氧树脂，氨基树脂，双马来酸酐亚胺树脂，不饱和聚酯树脂基体等，树脂基体本身属于有机高分子，具有生物降解性质和耐热耐老化性质不佳的高分子特性，现有技术是采取添加抗菌剂和紫外吸收剂改善，但由于抗菌剂和紫外吸收剂的迁移造成局部缺陷，从而造成局部破坏；且树脂本身与颜填料、无机纤维的分散性和粘结性能不佳，需要采取添加若干助剂才能很好的分散浸润，但采取助剂分散浸润后，又造成机械性能的损失。
现有技术通过寻找高抗菌、多用途、高耐候的树脂通过物理混合得到高抗菌、高强度、高耐候的复合材料，有一定的效果，但还远远不够，特别是用在需要更佳抗菌性能的复合材料上，现有树脂不能达到要求，同时存在寿命短，后期维护成本高的致命缺点。
发明内容
本发明的目的在于：针对树脂基体属于有机高分子，具有生物降解性质和耐热耐老化性质不佳的高分子特性，而针对现有的技术通过采添加抗菌剂和紫外吸收剂改善，但由于抗菌剂和紫外吸收剂的迁移造成局部缺陷，从而造成局部破坏，虽添加若干助剂能很好的分散浸润，但又造成机械性能的损失导致的抗菌性、耐候性以及寿命不佳问题，本发明提供一种封端多用途抗菌性有机硅树脂及其制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，所述有机硅树脂由以下重量份的原料制备而成：硅氧烷柔性单体0～100份、硅氧烷刚性单体0～100份、氨基硅烷5～10份、烷基化试剂W5～12份、季铵化试剂5～12份。
本发明通过在有机硅的基础上通过接枝的方法将抗菌杀菌基团接枝于有机硅树脂的主链上解决抗菌性、耐候性以及寿命不佳问题。
优选地，所述硅氧烷柔性单体可以为甲基环硅氧烷[(CH3)2SiO]n，n＝3，4，5，6，7，8；具体为六甲基环三硅氧烷(D3)、八甲基环四硅氧烷(D4)、十甲基环五硅氧烷(D5)、十二甲基环六硅氧烷(D6)、十四甲基环七硅氧烷(D7)、十六甲基环八硅氧烷(D8)和二甲基二甲氧基硅烷中任意一种或几种。其中D4，D8和二甲基二甲氧基硅烷的结构式如下所示：
Figure BDA0002471648940000021
优选地，所述刚性单体为甲基苯基二甲氧基硅烷或二苯基二甲氧基硅烷。所述甲基苯基二甲氧基硅烷或二苯基二甲氧基硅烷的结构式如下所示：
Figure BDA0002471648940000022
优选地，所述氨基硅烷为
Figure BDA0002471648940000023
n为1，2或3；m为1，2或3。
优选地，所述季铵化试剂为卤代苄或CH3CH2Cl；所述烷基化试剂为甲醇或乙醇和甲醛混合试剂，摩尔比(0.8～1)：1。
优选地，所述卤代苄为A-Br或A-Cl，其中A为苯基。
一种封端多用途抗菌性有机硅树脂的制备方法，包括以下步骤：
S1:先将硅氧烷柔性单体、硅氧烷刚性单体、氨基硅烷和碱性溶液加入到反应容器中，例如三口烧瓶，密封装置充惰性气体氮气并开始加热，然后升温至80～86℃，反应3～5h，最好是4h，粘度达到1200～1400mpa.s，加酸中和至pH值6.8～7，保持80～86℃温度1.5～3.5h，最佳的反应时间是2h；减压蒸馏馏出低沸物，即封端多用途硅树脂；
S2:降温至80～86℃，滴加烷基化试剂W，回流2～2.5h后，滴加季铵化试剂，滴加完毕后，保持80～86℃温度回流反应5-7h，最优为6h，测pH值，pH值在6～6.5时即为反应终点；
S3:减压蒸馏除去过量的季铵化试剂，得到热固性封端多用途抗菌性有机硅树脂。
优选地，步骤S1和S2减压蒸馏的条件是真空度小于20mmHg柱，温度为102～105℃。
优选地，步骤S1中的酸为分析纯的甲酸或醋酸。
优选地，所述碱性溶液的质量分数20～40％NaOH或是其他的强碱，加入的量为氨基硅烷的0.8～1.2倍。
本发明的反应原理：以二甲基二甲氧基硅烷为硅氧烷柔性单体、甲基苯基二甲氧基硅烷为刚性单体为例进行说明。(1)二甲基二甲氧基硅烷为硅氧烷柔性单体、甲基苯基二甲氧基硅烷为刚性单体原料、氨基硅烷在碱性条件下的开环反应生成羟基硅油；
Figure BDA0002471648940000031
2)羟基硅油和羟基氨基硅油缩聚反应和封端酯化生成封端多用途有机硅树脂；
Figure BDA0002471648940000032
其中a为1-10；b为1-2；c为1-10；n为1，2或3；m为1，2或3；
(3)封端多用途有机硅树脂在烷基化试剂和季铵化试剂的作用下生成封端多用途抗菌性有机硅树脂：
Figure BDA0002471648940000041
其中a为1-10；b为1-2；c为1-10；n为1，2或3；m为1，2或3。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)本发明的有机硅本身兼具有机高分子和无机材料的特性，具有耐生物降解和耐热耐老化的特性，在其主链上接枝抗菌杀菌基团后，其耐生物降解和耐热耐老化性能显著提高的同时不存在局部缺陷；
(2)本发明的树脂本身带阳离子，本身具有很好的表面活性和分散性，无需另加分散剂就能将颜填料很好的分散，能保证复合材料(无纤维)的各向同性；同时可以调整树脂结构得到不同软硬度的树脂，可用于不同领域：如需要粘弹性的领域树脂结构上的柔性链段需要多一些；而需要机械性能高的邻域则刚性链段需要多一些。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
试剂材料的说明:醋酸：分析纯；氮气：工业级；无水乙醇：分析纯。
实施例1
先将柔性单体和刚性单体按比例4：6(质量份)总质量份80加入到三口烧瓶中，密封装置充氮气并开始加热，然后加入氨基硅烷(n＝1,m＝1)质量份10和碳酸氢钠溶液浓度20％质量份10，升温至80～86摄氏度，反应4h(此时单体转化率达到85％左右)，粘度1200mPa.s～1400mPa.s，加醋酸中和至pH值6.8～7；减压蒸馏2～2.5h馏出低沸物，即得透明粘稠的封端多用途有机硅树脂。停止搅拌降温至25℃，称量，以称量值为基础，按封端多用途有机硅树脂：烷基化试剂W：无水乙醇＝60：10：30的比例，将无水乙醇加入三口烧瓶，开动搅拌器，缓慢升温至80℃～86℃，稳定，缓慢滴加烷基化试剂W(甲醇：甲醛＝1：1)，再回流2～2.5小时停止反应，减压蒸馏馏出乙醇，得到淡黄色粘稠产物，即为叔胺化封端多用途有机硅树脂。缓缓降温至25摄氏度，称重，以此重量为基础，按叔胺化封端多用途有机硅树脂：季铵化试剂：无水乙醇＝70：12：18的质量比，加入无水乙醇搅拌升温至反应温度80℃～86℃，30min内缓慢滴加一定量的季铵化试剂(卤代苄)，滴加完毕后，保持80～86℃温度回流反应约6个小时，测pH值，pH值在6～6.5时即为反应终点，且随着反应的进行，产物颜色在逐渐变黄，粘稠度增加。最后减压蒸馏除去溶剂乙醇及过量的季铵化试剂，得到封端多用途抗菌性有机硅树脂。减压蒸馏：真空度小于20mmHg柱，温度102℃～105℃。
实施例2～6
与实施例1相比，只改变柔性单体和刚性单体以及变柔性单体和刚性单体的比例。
表1实施例2～6柔性单体和刚性单体比例取值
Figure BDA0002471648940000051
Figure BDA0002471648940000061
对照例1
与实施例1相比，只不进行烷基化、季铵化处理，其他与实施例1同。
对照例2
与实施例1相比，只不进行季铵化处理，其他与实施例1同。
实验部分
说明；硬度(shore D)按照GB/T2411测试；拉伸强度(MPa)按照GB/T 2568-1995测试；断裂伸张率(％)按照GB/T 2568-1995测试；抗菌率(％)按照GB/T21866-2008测试；氙灯老化(有无变黄)按照GB/T 16422.2-2014/ISO 4892-2:2006测试；紫外灯老化(有无变黄)按照GB/T 16422.3-2014/ISO 4892-3:2006测试。
表2实施例1～6与对照例1～2性能测试值
Figure BDA0002471648940000062
由表2的实验数据可知，本发明通过对封端多用途抗菌性有机硅树脂的柔性段和刚性段的改变实现了硬度(shore D)、拉伸强度(MPa)、断裂伸张率(％)的自主的调控；由抗菌率、氙灯老化以及紫外灯老化的实验数据可知本发明通过在其主链上接枝抗菌杀菌基团，其抗菌率显著的提高，同时其耐生物降解和耐热耐老化性能显著提高的同时不存在局部缺陷。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，其特征在于，所述有机硅树脂由以下重量份的原料制备而成：硅氧烷柔性单体0～100份、硅氧烷刚性单体0～100份、氨基硅烷5～10份、烷基化试剂W 5～12份、季铵化试剂5～12份。
2.根据权利要求1所述一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，其特征在于，所述硅氧烷柔性单体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、十二甲基环六硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、十六甲基环八硅氧烷和二甲基二甲氧基硅烷中任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，其特征在于，所述刚性单体为甲基苯基二甲氧基硅烷或二苯基二甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，其特征在于，所述氨基硅烷为
Figure FDA0002471648930000011
n为1，2或3；m为1，2或3。
5.根据权利要求1所述一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，其特征在于，所述季铵化试剂为卤代苄或CH3CH2Cl；所述烷基化试剂为甲醇或乙醇和甲醛混合试剂，摩尔比(0.8～1)：1。
6.根据权利要求5所述一种封端多用途抗菌性有机硅树脂，其特征在于，所述卤代苄为A-Br或A-Cl，其中A为苯基。
7.基于权利要求1-6任一项所述的一种封端多用途抗菌性有机硅树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:先将硅氧烷柔性单体、硅氧烷刚性单体、氨基硅烷和碱性溶液加入到反应容器中，密封装置充惰性气体并开始加热，然后升温至80～86℃，反应3～5h，粘度达到1200～1400mPa.s，加酸中和至pH值6.8～7，保持80～86℃温度1.5～3.5h；减压蒸馏馏出低沸物，即封端多用途硅树脂；
S2:降温至80～86℃，滴加烷基化试剂W，回流2～2.5h后，滴加季铵化试剂，滴加完毕后，保持80～86℃温度回流反应5-7h，测pH值，pH值在6～6.5时即为反应终点；
S3:减压蒸馏除去过量的季铵化试剂，得到热固性封端多用途抗菌性有机硅树脂。
8.根据权利要求7所述的一种封端多用途抗菌性有机硅树脂的制备方法，其特征在于，步骤S1和S2减压蒸馏的条件是真空度小于20mmHg柱，温度为102～105℃。
9.根据权利要求7所述的一种封端多用途抗菌性有机硅树脂的制备方法，其特征在于，步骤S1中的酸为甲酸或醋酸。
10.根据权利要求7所述的一种封端多用途抗菌性有机硅树脂的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的质量分数20～40％NaOH或KOH，加入的量为氨基硅烷的0.8～1.2倍。
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