CN112679746A - 一种导电有机硅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导电有机硅的制备方法，包括以下步骤：将乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加至含氢硅油乳液中，加入催化剂氯铂酸，升温至60至80℃反应2至8h，待反应结束后，过滤，用甲苯清洗除去未和氧化石墨烯反应的含氢硅油，真空烘干，得到所述导电有机硅，其中，含氢硅油乳液、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液以及氯铂酸质量比为100:(30～70):(0.5～2)。与现有技术相比，本发明通过共价键结合的方式，将导电的氧化石墨烯接入有机硅聚合物链段上。且实现了有机硅的导电性能，导电率在10^‑2至10³s/cm。

Description

一种导电有机硅的制备方法

技术领域

本发明涉及导电材料的技术领域，特别涉及一种导电有机硅的制备方法。

背景技术

近年来，电子器件在人工智能、航空航天、生物医药领域的应用越来越广泛，银、铜、石墨等传统的导电材料因其加工难度大、成本高、耐化学性差等缺点，已难以满足电子器件集成化、轻量化、智能化的需求。具有导电功能的聚合物已逐渐取代传统导电材料。

有机硅高分子主要是以Si-O-Si为主链，有机基团为侧链的聚合物，因其没有能够自由移动的导电载流子，故其本身不具备导电性，其体积电阻率在10¹³～10¹⁵Ω·cm。导电有机硅材料的制备通常是将导电材料掺杂到有机硅基体中制备导电复合材料，常用的掺杂剂主要为碳材料(石墨烯、碳纳米管、富勒烯、炭黑)和金属材料(金、银)。因此，如何将导电材料通过共价结合的方式，引入到有机硅上，实现导电功能，一直是一个难点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种导电有机硅的制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

一方面，本发明提供一种导电有机硅的制备方法，包括以下步骤：

将乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加至含氢硅油乳液中，加入催化剂氯铂酸，升温至60至80℃反应2至8h，待反应结束后，过滤，用甲苯清洗除去未和氧化石墨烯反应的含氢硅油，真空烘干，得到所述导电有机硅，其中，含氢硅油乳液、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液以及氯铂酸质量比为100:(30～70):(0.5～2)。

其中，含氢硅烷和乙烯基加成的反应通式如下：

在一些实施方式中，乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

将乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯、乳化剂加入到去离子水中，质量浓度为3至10％，超声分散3至6h，超声功率500至2000W。

在一些实施方式中，含氢硅油乳液的制备方法，包括以下步骤：

向硅烷偶联剂、含氢硅油和乳化剂的混合物中缓慢加入去离子水，利用高速分散均质机进行乳化。

在一些实施方式中，硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、Si69中的一种或多种。

在一些实施方式中，含氢硅油结构式为：

其中，30≥2n≥m≥n≥10。

在一些实施方式中，乳化剂为tween-20、tween-60、tween-80中的一种或多种。

在一些实施方式中，乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯加入到异丙醇中，质量浓度为3至10％，超声分散3至6h，超声功率500至2000W，待石墨烯均匀分散后，加入30至50％浓度的硅醇/异丙醇溶液，升温至50至70℃反应2至5h，过滤，用乙醇洗涤，烘干，得到所述乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯。

其中，缩合的化学式如下：

在一些实施方式中，硅醇的制备方法，包括以下步骤：

将乙烯基三乙氧基硅烷、异丙醇以及盐酸加入到三口烧瓶中，于70至80℃下发生水解反应1至h，减压蒸馏得到所述硅醇，其中，乙烯基三乙氧基硅烷、异丙醇以及盐酸的质量比为50:(50～60):(1～2)。

其中，水解的化学式如下：

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过共价键结合的方式，将导电的氧化石墨烯接入有机硅聚合物链段上。

2、实现了有机硅的导电性能，导电率在10^-2至10³s/cm。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种导电有机硅的制备方法，包括以下步骤：

1、水解：将50g的乙烯基三乙氧基硅烷、50g的异丙醇、1g的盐酸加入到三口烧瓶中，于70℃下发生水解反应3h，减压蒸馏得到硅醇；

2、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯：将3g的氧化石墨烯加入到100g的异丙醇中，质量浓度为3％，超声分散3h，超声功率2000W，待石墨烯均匀分散后，加入浓度为30％的硅醇/异丙醇溶液，升温至50℃反应5h，过滤，用乙醇洗涤，烘干，得到乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯；

3、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液的制备：将3g的乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯、10g的tween-20加入到去离子水中，质量浓度为30％，超声分散3h，超声功率2000W，得到乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液；

4、含氢硅油乳液的制备：向硅烷偶联剂、含氢硅油和表面活性剂的混合物中缓慢加入去离子水，利用高速分散均质机进行乳化，得到含氢硅油乳液；

5、含氢硅油乳液和乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯加成反应：将3g的乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加至10g的含氢硅油乳液中，加入0.05g的催化剂氯铂酸，升温至60℃反应8h，待反应结束后，过滤，用甲苯清洗除去未和氧化石墨烯反应的含氢硅油，真空烘干，得到导电有机硅。

实施例2：

一种导电有机硅的制备方法，包括以下步骤：

1、水解：将5g的乙烯基三乙氧基硅烷、6g的异丙醇、0.2g的盐酸加入到三口烧瓶中，于80℃下发生水解反应1h，减压蒸馏得到硅醇；

2、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯：将1g的氧化石墨烯加入到10g的异丙醇中，质量浓度为10％，超声分散6h，超声功率500W，待石墨烯均匀分散后，加入浓度为50％的硅醇/异丙醇溶液，升温至70℃反应2h，过滤，用乙醇洗涤，烘干，得到乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯；

3、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液的制备：将1g的乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯、10g的tween-60加入到去离子水中，质量浓度为10％，超声分散6h，超声功率500W，得到所述乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液；

4、含氢硅油乳液的制备：向硅烷偶联剂、含氢硅油和表面活性剂的混合物中缓慢加入去离子水，利用高速分散均质机进行乳化，得到所述含氢硅油乳液；

5、含氢硅油乳液和乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯加成反应：将7g的乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加至10g的含氢硅油乳液中，0.2g的加入催化剂氯铂酸，升温至80℃反应2h，待反应结束后，过滤，用甲苯清洗除去未和氧化石墨烯反应的含氢硅油，真空烘干，得到导电有机硅。

实施例3：

一种导电有机硅的制备方法，包括以下步骤：

1、水解：将5g的乙烯基三乙氧基硅烷、5.5g的异丙醇、0.15g的盐酸加入到三口烧瓶中，于75℃下发生水解反应23h，减压蒸馏得到硅醇；

2、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯：将0.5g的氧化石墨烯加入到10g的异丙醇中，质量浓度为5％，超声分散4h，超声功率1000W，待石墨烯均匀分散后，加入浓度为40％的硅醇/异丙醇溶液，升温至60℃反应3h，过滤，用乙醇洗涤，烘干，得到乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯；

3、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液的制备：将0.5g的乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯、10g的tween80入到去离子水中，质量浓度为5％，超声分散4h，超声功率1000W，得到所述乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液；

4、含氢硅油乳液的制备：向硅烷偶联剂、含氢硅油和表面活性剂的混合物中缓慢加入去离子水，利用高速分散均质机进行乳化，得到所述含氢硅油乳液；

5、含氢硅油乳液和乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯加成反应：将5g的乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加至10g的含氢硅油乳液中，加入0.1g的催化剂氯铂酸，升温至70℃反应5h，待反应结束后，过滤，用甲苯清洗除去未和氧化石墨烯反应的含氢硅油，真空烘干，得到导电有机硅。

其中，加成率(％)＝导电有机硅的质量/(含氢硅油+乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯)总质量，导电率通过TP220电导率分析仪进行检测。

性能测试结果如表1所示：

	加成率(％)	导电率(s/cm)
			实施例1	50％	1×10<sup>-2</sup>
实施例2	85％	1×10<sup>3</sup>
			实施例3	70％	5×10<sup>2</sup>

从表1可以看出，实施例1至3中，通过调整乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯加入量，可以控制加成率和导电率，其中，加成率可以从50％调节到85％，导电率从10^-2s/cm升高到10³s/cm。其中，加成率无法达到100％，因为存在空间位阻效应

因此，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过共价键结合的方式，将导电的氧化石墨烯接入有机硅聚合物链段上。

2、实现了有机硅的导电性能，导电率在10^-2至10³s/cm。

以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液缓慢滴加至含氢硅油乳液中，加入催化剂氯铂酸，升温至60至80℃反应2至8h，待反应结束后，过滤，用甲苯清洗除去未和氧化石墨烯反应的含氢硅油，真空烘干，得到所述导电有机硅，其中，含氢硅油乳液、乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液以及氯铂酸质量比为100:(30～70):(0.5～2)。

2.根据权利要求1所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

将乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯、乳化剂加入到去离子水中，质量浓度为3至10％，超声分散3至6h，超声功率500至2000W。

3.根据权利要求2所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述含氢硅油乳液的制备方法，包括以下步骤：

向硅烷偶联剂、含氢硅油和乳化剂的混合物中缓慢加入去离子水，利用高速分散均质机进行乳化。

4.根据权利要求3所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、Si69中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述含氢硅油结构式为：

其中，30≥2n≥m≥n≥10。

6.根据权利要求2或3所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为tween-20、tween-60、tween-80中的一种或多种。

7.根据权利要求2所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯加入到异丙醇中，质量浓度为3至10％，超声分散3至6h，超声功率500至2000W，待石墨烯均匀分散后，加入30至50％浓度的硅醇/异丙醇溶液，升温至50至70℃反应2至5h，过滤，用乙醇洗涤，烘干，得到所述乙烯基封端硅烷化氧化石墨烯。

8.根据权利要求7所述的一种导电有机硅的制备方法，其特征在于，所述硅醇的制备方法，包括以下步骤：

将乙烯基三乙氧基硅烷、异丙醇以及盐酸加入到三口烧瓶中，于70至80℃下发生水解反应1至h，减压蒸馏得到所述硅醇，其中，乙烯基三乙氧基硅烷、异丙醇以及盐酸的质量比为50:(50～60):(1～2)。