本发明专利技术涉及一种制备带环氧基倍半硅氧烷的方法，本方法采用了一种新的催化剂体系，合成效率高、纯度高、工艺简单。技术特征在于：ａ．在冰水混合液中按照摩尔比将单体γ－（２，３－环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、水、催化剂浓盐酸和１－甲基咪唑以ｂ．及溶剂无水甲醇逐次加入；ｃ．中速搅拌至溶液出现混浊状；ｄ．升温保温２４小时左右；ｅ．除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。有益效果是：采用一种特殊的催化剂体系，使合成γ－（２，３－环氧丙氧）丙基倍半硅氧烷克服现有技术的缺点，使得反应步骤简单，缩短了反应时间，操作方便，产率比较高，产品的纯度也大大提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，本方法采用了一种新的催化剂体系，合成效率高、纯度高、工艺简单。
技术介绍
多面齐聚倍半硅氧烷(Polyhedral Oligosilsesquioxane，POSS)是一种有机—无机分子内纳米杂化的三维结构，三维尺寸在1.5nm左右，具有1-8个反应性有机基团，结构为(RSiO1.5)8，无机成分介于二氧化硅(SiO2)与硅树脂(R2SiO)之间，其性能兼具有机和无机化合物的性质。典型的POSS单体是单功能性的，包括Si8O12的无机核，周围仅含有1个反应性基团与7个非反应性有机基团，其中非反应性基团用来增加倍半硅氧烷与其他介质的相容性，反应性基团用来参与反应形成杂化材料。制备方法主要有三官能团硅烷(硅氧烷)XSiY3的水解缩聚、不同组成与结构的有机硅氧烷的共水解、有机环状硅氧烷m的缩聚反应、聚有机硅氧烷的热分解、利用(HSiO1.5)n中Si-H键的硅氢加成反应，典型的反应式为 Figure.2 The formation of silsesquioxanes from the condensation of silanes带环氧基团倍半硅氧烷可以作为一种改性剂添加到环氧树脂中，然后通过共聚反应，形成分子水平上的杂化材料，这种材料具有优良的热性能和力学性能。目前合成工艺以γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(MAS)为单体的典型合成工艺有以下几种1以HCOOH(0.1N)为催化剂，四氢呋喃(THF)为溶剂(用量为1.5g/mL)，保持水与单体的摩尔比为3。将以上各组分保持50℃，24小时。2单体量为4.2×10-2mol，催化剂为盐酸(cat/MAS＝1.05×10-1)，H2O/MAS＝1.5，保持温度为70℃，CH3OH用量为14ml，氮气气氛流量为360ml/min。反应时间为3h。3单体量为4.2×10-2mol，催化剂为氨水(cat/MAS＝1.0×10-1)，H2O/MAS＝3.0，保持温度为70℃，CH3OH用量为14ml，氮气气氛流量为360ml/min。反应时间为3h。上述制备方法存在的问题是合成产率比较低(通常低于10％)，反应步骤比较复杂，所得树脂的加工工艺性也不好。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出，首次引入了浓盐酸/1-甲基咪唑的催化剂体系，使本方法制备的γ-(2，3-环氧丙氧)丙基倍半硅氧烷能够克服上述缺点。技术方案本专利技术的技术特征在于a、在冰水混合液中按照1∶1.5∶(0.02-0.03)∶(0.01-0.02)的摩尔比将单体γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水、催化剂浓盐酸和1-甲基咪唑以b、及溶剂无水甲醇逐次加入；c、中速搅拌至溶液出现混浊状；d、升温至55-60℃，保温24小时左右；e、除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。所述的催化剂为浓盐酸及1-甲基咪唑的混合液，其中浓盐酸的浓度为36-38％，1-甲基咪唑的纯度为98％。浓盐酸与1-甲基咪唑用量和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷用量的摩尔比为1∶0.02∶(0.01-0.02)。γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解缩聚的原理如下γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的水解缩聚反应分为两个过程(1)水解反应(the hydrolysis reaction) (2)缩聚反应(the condensation reactions)1)缩聚脱醇(Alcohol Condensation) 2)缩聚脱水(Water Condensation) (其中R1为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基，R2为甲氧基)酸的催化作用主要体现在≡Si-OH中的氧进攻 中的Si原子，最后生成Si-O-Si键，如下式所示。 由于Si-OCH3在水中的反应速率非常快，必须引入一种溶剂使得反应容易控制。甲醇作为反应的溶剂，可以参与反应，这样更能有效的抑制反应速率，而且能使有机相和无机相能够充分混合。有益效果本专利技术的有益效果是采用一种特殊的催化剂体系，使合成γ-(2，3-环氧丙氧)丙基倍半硅氧烷克服现有技术的缺点，使得反应步骤简单，缩短了反应时间，操作方便，产率比较高，产品的纯度也大大提高。附图说明图1制备方法流程图具体实施方式现结合附图对本专利技术作进一步描述实施实例1三口烧瓶置于冰水混合液中，γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、蒸馏水、浓盐酸、1-甲基咪唑按照1∶1.5∶0.02∶0.01的摩尔比逐次加入其中。中速搅拌至溶液出现混浊状，开始水浴升温至55-60℃，保温24小时左右。然后除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。实施实例2三口烧瓶置于冰水混合液中，γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、蒸馏水、浓盐酸、1-甲基咪唑按照1∶1.5∶0.02∶0.015的摩尔比逐次加入其中。中速搅拌至溶液出现混浊状，开始水浴升温至55-60℃，保温24小时左右。然后除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。实施实例3三口烧瓶置于冰水混合液中，γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、蒸馏水、浓盐酸、1-甲基咪唑按照1∶1.5∶0.02∶0.02的摩尔比逐次加入其中。中速搅拌至溶液出现混浊状，开始水浴升温至55-60℃，保温24小时左右。然后除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。利用本方法制备的带环氧基倍半硅氧烷的性能表征如下1.产物为透明粘稠的树脂，环氧值为0.46-0.48，产率为60-75％。热重分析表明，产物在1000℃时残余量为40％，热性能很好。2.用4，4’-二氨基二苯砜(DDS)作固化剂与POSS固化，当POSS与DDS等当量配比，采用一定固化工艺进行固化，固化物900℃时的残余量达到了64％。表明固化物有很好的热性能。3.用合成的环氧基倍半硅氧烷对工业环氧树脂E51树脂进行改性，E51/POSS共混体系与DDS固化，结果表明，采用一定配比和固化工艺，POSS/E51/DDS固化体系在1000℃下残余量为45％，比相同条件下E51/DDS的残余量提高了35％，与此同时，体系的热变形温度较E51/DDS固化体系提高了51℃，达到了220℃。经力学测试，POSS的加入使固化物的弯曲和冲击强度分别达到了79.42MPa与16.01KJ/m2，表明POSS的加入使原体系的热性能大幅提高的同时，并未降低材料的力学性能。权利要求1.，其特征在于a、在冰水混合液中按照1∶1.5∶(0.02-0.03)∶(0.01-0.02)的摩尔比将单体γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、水、催化剂浓盐酸和1-甲基咪唑以b、及溶剂无水甲醇逐次加入；c、中速搅拌至溶液出现混浊状；d、升温至55-60℃，保温24小时左右；e、除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。2.根据权利要求1所述的制备带环氧基倍半硅氧烷的方法，其特征在于所述的催化剂为浓盐酸及1-甲基咪唑的混合液，其中浓盐酸的浓度为36-38％，1-甲基咪唑的纯度为98％。3．根据权利要求1所述的制备带环氧基倍半硅氧烷的方法，其特征在于浓盐酸与1-甲基咪唑用量和γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷用量的摩尔比为1∶0.02∶(0.01-0.02)。全文摘要本专利技术涉及，本方法采用了一种新的催化剂体系，合成效率高、纯度高、工艺简单。技术特征在于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备带环氧基倍半硅氧烷的方法，其特征在于：ａ、在冰水混合液中按照１∶１．５∶（０．０２－０．０３）∶（０．０１－０．０２）的摩尔比将单体γ－（２，３－环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、水、催化剂浓盐酸和１－甲基咪唑以ｂ、及溶剂无水甲醇逐次加入；ｃ、中速搅拌至溶液出现混浊状；ｄ、升温至５５－６０℃，保温２４小时左右；ｅ、除溶剂和杂质，得到透明粘稠的树脂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓燕，刘海林，梁国正，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[]
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