CN115353629B - 环氧有机聚硅氧烷的制备方法 - Google Patents

环氧有机聚硅氧烷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环氧有机聚硅氧烷的制备方法，涉及有机聚硅氧烷制备技术领域。硅烷偶联剂、二甲基二氯硅烷共水解，再和环氧氯丙烷在催化剂的存在下进行开环反应，得到中间体，然后中间体在碱性环境下进行闭环反应，得到的产物与端环氧基聚醚硅油在溶剂存在下进行反应，得到目标产品。该法制备的有机聚硅氧烷用于织物整理剂的合成，能赋予织物柔软、滑爽、蓬松性能。

Description

环氧有机聚硅氧烷的制备方法
技术领域
本发明涉及有机聚硅氧烷制备技术领域，尤其涉及一种环氧有机聚硅氧烷的制备方法。
背景技术
聚硅氧烷表面能低摩擦系数低，在织物表面具有较好的成膜性，于织物后整理领域应用广泛，其中氨基硅油的代表性最强，其最大的优点是柔软性能强，与织物有较好的结合性，但是氨基易氧化，使织物发生黄变，并且氨基硅油整理后的织物手感油腻，已难以满足各类织物的高级整理需要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环氧有机聚硅氧烷的制备方法。
为实现此技术目的，本发明采用如下方案：
环氧有机聚硅氧烷，结构式为：
n为1～40的整数；
其中，R的结构式为：
a为0～20的整数，b为0～20的整数，m为0～50的整数；
R1与R结构式相同，或R1为-CH3、 中的任意一种；
R2的结构式为： 的任意一种。
所述环氧有机聚硅氧烷的制备方法，按如下步骤进行：
S1、将硅烷偶联剂和二甲基二氯硅烷共水解，精制得到改性聚硅氧烷水解物；
S2、改性聚硅氧烷水解物中加入催化剂与环氧氯丙烷进行环氧开环反应，得到改性氯醇醚中间体；
S3、改性氯醇醚中间体在碱性条件下发生闭环反应，精制后得到环氧改性有机聚硅氧烷中间体；
S4、环氧改性有机聚硅氧烷中间体与端环氧基聚醚硅油在溶剂中反应，得到环氧有机聚硅氧烷。
进一步的，S1中硅烷偶联剂为N-二甲氨丙基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中一种或两种以上。
进一步的，S1中硅烷偶联剂和二甲基二氯硅烷的摩尔比为1:1～40，反应物(硅烷偶联剂和二甲基二氯硅烷的混合物)与水的质量比为1:0.5～10，水解温度为20～50℃，反应时间为1～3小时。
进一步的，S2中催化剂为无水氯化铝、三氟化硼乙醚络合物、二氯化亚锡或无水四氯化锡中的一种或两种以上，催化剂的加入量为水解物摩尔质量的0.1～5％。
进一步的，S2中改性聚硅氧烷水解物与环氧氯丙烷的摩尔比为1:1～4，开环反应温度为30～50℃，开环反应时间为2～5小时。
进一步的，S3中的氯醇醚中间体与碱的摩尔比为1:0.5～3，闭环反应时间1～6小时，闭环反应温度30～50℃；碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或两种以上物质的混合物固体、水溶液或醇溶液。
进一步的，S1和S3的精制过程为静置除水或滤除固体杂质，再进行脱除低沸物，脱低真空度为0.09～0.1MPa，脱低温度为50～90℃，脱低时间为0.5～4小时。
进一步的，S4中端环氧基聚醚硅油为端含氢硅油与烯丙基环氧聚醚在溶剂存在下由氯铂酸催化加成反应得到；端含氢硅油与烯丙基环氧聚醚的摩尔比为1:1.5～4，氯铂酸的加入量为反应物(端含氢硅油与烯丙基环氧聚醚)总质量的10～50ppm，反应温度为60～120℃，反应时间为1～4小时；所述溶剂为异丙醇、叔丁醇、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚中的一种或两种以上，溶剂加入量为端含氢硅油质量的0～200％；端含氢硅油结构式为：m为0～50的整数；烯丙基环氧聚醚的结构式为：/>a为0～20的整数，b为0～20的整数。
进一步的，S4中环氧改性有机聚硅氧烷中间体与端环氧基聚醚硅油的摩尔比为1:0.5～10；溶剂为异丙醇、叔丁醇、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚中的一种或两种以上，溶剂加入量为环氧改性有机聚硅氧烷中间体与端环氧基聚醚硅油质量和的30～300％，反应温度为60～120℃，反应时间为4～6小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的环氧改性聚硅氧烷，采用两步法在聚硅氧烷链段两端引入环氧基制得，反应条件温和，环氧保留率高，引入的功能性氨基硅烷偶联剂不易黄变，且能有效提升整理效果，加入环氧聚醚硅油后，环氧基团能与体系中的氨基反应，有效降低黄变，而聚醚基团能进一步提升产品性能。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
实施例1
将γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷和二甲基二氯硅烷按摩尔比1:10加入至反应器内，打开搅拌(转速40～200r/min)，将与反应物等质量的水缓慢滴入，控制滴加时间为2h，控制反应温度为20～30℃，滴加完毕后继续搅拌0.5h使反应完全，静置分出水后，升温至70℃，保持-0.095Mpa压力1h除去体系中的水，得到水解物；
将水解物和无水三氯化铝按摩尔比100:1加入反应器内，缓慢滴加与水解物等摩尔的环氧氯丙烷，滴加时间2h，保持温度20～40℃，滴加完毕后继续反应1h至反应完全，进行过滤，再在60℃、真空度为0.09～0.095MPa条件下减压蒸馏0.5h，除去多余的环氧氯丙烷得到氯醇醚中间体。然后分批加入与中间体等摩尔的10wt％NaOH溶液进行反应，加入时间为1h，控制反应温度为25℃，加入结束后继续反应2h，分出碱液后升温至65℃，保持-0.095Mpa压力1h除去体系中的水，得到环氧改性聚硅氧烷中间体。
将含氢量为0.02％的端含氢硅油与分子量500烯丙基环氧聚醚按摩尔比1:2加入至反应器内，加入反应物质量50％的异丙醇，搅拌均匀，升温至80℃，加入物料总质量30ppm的氯铂酸，反应3h，得到淡黄色透明液体，即为端环氧聚醚改性硅油溶液。再加入等摩尔的环氧改性聚硅氧烷中间体，保持80℃反应4h，得到目标产品。
实施例2
将实施例1中端环氧聚醚改性硅油溶液与环氧改性聚硅氧烷中间体的摩尔比改为1:2，反应得到。
实施例3
将γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和二甲基二氯硅烷按摩尔比1:1:5加入至反应器内，打开搅拌，将与反应物等质量的水缓慢滴入，控制滴加时间为2h，控制反应温度为20～30℃，滴加完毕后继续搅拌1h使反应完全，静置分出水后，升温至70℃，保持-0.095Mpa压力1h除去体系中的水，得到水解物。
将水解物和无水三氯化铝按摩尔比100:1加入反应器内，缓慢滴加与水解物等摩尔的环氧氯丙烷，滴加时间2h，保持温度20～40℃，滴加完毕后继续反应1h至反应完全，进行过滤，再在60℃、真空度为0.09～0.095MPa条件下减压蒸馏1h，除去多余的环氧氯丙烷得到氯醇醚中间体。然后分批加入与中间体等摩尔的10wt％NaOH溶液进行反应，加入时间为1h，控制反应温度为25℃，加入结束后继续反应2h，分出碱液后升温至65℃，保持-0.095Mpa压力1h除去体系中的水，得到环氧改性聚硅氧烷中间体。
将含氢量为0.02％的端含氢硅油与分子量500烯丙基环氧聚醚按摩尔比1:2加入至反应器内，加入反应物质量50％的异丙醇，搅拌均匀，升温至80℃，加入物料总质量30ppm的氯铂酸，反应3h，得到淡黄色透明液体，即为端环氧聚醚改性硅油溶液。再加入等摩尔的环氧改性聚硅氧烷中间体，保持80℃反应4h，得到目标产品。
实施例4
将实施例3中端含氢硅油替换为含氢量0.03％的端含氢硅油，反应得到。
实施例5
将γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和二甲基二氯硅烷按摩尔比1:1:6加入至反应器内，打开搅拌，将与反应物等质量的水缓慢滴入，控制滴加时间为2h，控制反应温度为20～30℃，滴加完毕后继续搅拌1h使反应完全，静置分出水后，升温至70℃，保持-0.095Mpa压力1h除去体系中的水，得到水解物。
将水解物和无水三氯化铝按摩尔比100:1加入反应器内，缓慢滴加与水解物等摩尔的环氧氯丙烷，滴加时间2h，保持温度20～40℃，滴加完毕后继续反应1h至反应完全，进行过滤，再在60℃、真空度为0.09-0.095MPa条件下减压蒸馏1h，除去多余的环氧氯丙烷得到氯醇醚中间体。然后分批加入与中间体等摩尔的10wt％NaOH溶液进行反应，加入时间为1h，控制反应温度为25℃，加入结束后继续反应2h，分出碱液后升温至65℃，保持-0.095Mpa压力1h除去体系中的水，得到环氧改性聚硅氧烷中间体。
将含氢量为0.02％的端含氢硅油与分子量500烯丙基环氧聚醚按摩尔比1:2加入至反应器内，加入反应物质量50％的异丙醇，搅拌均匀，升温至80℃，加入物料总质量30ppm的氯铂酸，反应3h，得到淡黄色透明液体，即为端环氧聚醚改性硅油溶液。再加入等摩尔的环氧改性聚硅氧烷中间体，保持80℃反应4h，得到目标产品。
实施例6
将实施例5中分子量500烯丙基环氧聚醚替换为分子量300的烯丙基环氧聚醚，反应得到。
产品应用工艺：
取实施例1～6制备的产品10g，加入醋酸至pH＝6～7，加入异构十三醇聚氧乙烯醚1305乳化剂2g，搅拌混匀，然后边搅拌边加水，制成固含量为20％的乳液；取1g乳液，用水稀释100倍；再将棉布(12cm*10cm)完全浸入，一浸一轧，将织物于110℃烘1h，再在室温放置24h，进行手感测试。采用触摸法测试和评级，从蓬松度、柔软度和爽滑度三方面对布样进行综合评价，按1～5评级，5级为最好，原布手感评定为1级，为最差，结果取平均值。
另取普通线性氨基硅油用作参比，整理后布样的应用性能如下：
样品 蓬松度 柔软度 爽滑度
空白样 1 1 1
普通线性氨基硅油 2 3 3
实施例1 3 4 4
实施例2 4 5 5
实施例3 3 5 3
实施例4 4 5 4
实施例5 5 5 4
实施例6 4 4 3
从表中可以看出，本发明提供的产品可以赋予织物优良的蓬松、爽滑、柔软的手感，各方面均优于普通线性氨基硅油产品，使用效果较好。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，环氧有机聚硅氧烷的结构式为：
n为1～40的整数；
其中，R的结构式为：
a为0～20的整数，b为0～20的整数，m为0～50的整数；
R1与R结构式相同，或R1为-CH3、 中的任意一种；
R2的结构式为： 的任意一种；
所述环氧有机聚硅氧烷的制备方法，按如下步骤进行：
S1、将硅烷偶联剂和二甲基二氯硅烷共水解，精制得到改性聚硅氧烷水解物；
S2、改性聚硅氧烷水解物中加入催化剂与环氧氯丙烷进行环氧开环反应，得到改性氯醇醚中间体；
S3、改性氯醇醚中间体在碱性条件下发生闭环反应，精制后得到环氧改性有机聚硅氧烷中间体；
S4、环氧改性有机聚硅氧烷中间体与端环氧基聚醚硅油在溶剂中反应，得到环氧有机聚硅氧烷。
2.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S1中硅烷偶联剂为N-二甲氨丙基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S1中硅烷偶联剂和二甲基二氯硅烷的摩尔比为1:1～40，反应物与水的质量比为1:0.5～10，水解温度为20～50℃，反应时间为1～3小时。
4.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S2中催化剂为无水氯化铝、三氟化硼乙醚络合物、二氯化亚锡或无水四氯化锡中的一种或两种以上，催化剂的加入量为水解物摩尔质量的0.1～5％。
5.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S2中改性聚硅氧烷水解物与环氧氯丙烷的摩尔比为1:1～4，开环反应温度为30～50℃，开环反应时间为2～5小时。
6.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S3中的氯醇醚中间体与碱的摩尔比为1:0.5～3，闭环反应时间1～6小时，闭环反应温度30～50℃；碱选用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或两种以上物质的混合物固体、水溶液或醇溶液。
7.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S1和S3的精制过程为静置除水或滤除固体杂质，再进行脱除低沸物，脱低真空度为0.09～0.1Mpa，脱低温度为50～90℃，脱低时间为0.5～4小时。
8.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S4中端环氧基聚醚硅油为端含氢硅油与烯丙基环氧聚醚在溶剂存在下由氯铂酸催化加成反应得到；
端含氢硅油与烯丙基环氧聚醚的摩尔比为1:1.5～4，氯铂酸的加入量为反应物总质量的10～50ppm，反应温度为60～120℃，反应时间为1～4小时；
所述溶剂为异丙醇、叔丁醇、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚中的一种或两种以上，溶剂加入量为端含氢硅油质量的0～200％；
端含氢硅油结构式为：m为0～50的整数；
烯丙基环氧聚醚的结构式为：a为0～20的整数，b为0～20的整数。
9.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，S4中环氧改性有机聚硅氧烷中间体与端环氧基聚醚硅油的摩尔比为1:0.5～10。
10.根据权利要求1所述的环氧有机聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，溶剂为异丙醇、叔丁醇、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚中的一种或两种以上，溶剂加入量为环氧改性有机聚硅氧烷中间体与端环氧基聚醚硅油质量和的30～300％，反应温度为60～120℃，反应时间为4～6小时。
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Address after: 063305 Nanpu Development Zone, Hebei, Tangshan City

Applicant after: Tangshan Sanyou Silicon Industry Co.,Ltd.

Address before: 063305 Nanpu Development Zone, Hebei, Tangshan City

Applicant before: SANYOU SILICON INDUSTRY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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