一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂的制备方法，其包括以下步骤：在搅拌条件下，将1，2

【技术实现步骤摘要】
一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及硅烷偶联剂，尤其涉及含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]水性涂料因以清水为溶剂，无VOC排放，越来越受到人们的重视。但在物理性能上，还存在难施工、不耐水、易揭皮、丰满度和硬度差等缺点。双(烷氧基硅基)烷烃由于具有高度的致密性和附着力，制成的产品具有优异的防水耐候性能，因此被用于处理金属表面防腐、封装电子材料以及改性金属涂料等方面。但随着工业的发展，对涂料的要求也越来越高，在一些特殊的环境中，比如：车辆的发动机、排气管等，不但要求涂料有一定的防腐能力，还要具备一定的耐温性能，这就给水性涂料的制备提出了更高的要求。而1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷在水性涂料中，耐温性及储存性较差。
[0003]1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷为具有六个可水解基团的硅烷偶联剂，暴露在水性环境下，结构中易水解的甲氧基会水解形成硅羟基(Si
‑
OH)，并自缩合或与1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷中的甲氧基缩合形成低聚物导致1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷失活。高温条件下，1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷水解缩合速度更快，失活速度也更快。
[0004]因此，有必要对1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷进行改性，开发可提高水性涂料耐高温性及储存性的硅烷偶联剂。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术不足，本专利技术的目的是提供一种可提升水性涂料耐高温性及储存性的含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂及其制备方法，及应用所述硅烷偶联剂为助剂的水性涂料。
[0006]本专利技术提供一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂，所述混合硅烷偶联剂由一种以上的硅烷化合物按任意比例混合而成，所述硅烷化合物的通式如式I所示：
[0007](RO)3‑
m
(CH3O)
m
Si
‑
CH2‑
CH2‑
Si(OCH3)
n
(RO)3‑
n
ꢀꢀꢀ
式I；
[0008]式I中，R为正丙基、异丙基、正丁基、异丁基中的一种；m、n分别为0～2的整数，且0≤m+n≤2。
[0009]本专利技术上述结构的混合硅烷偶联剂是由多种硅烷化合物混合而成，每种硅烷化合物的通式相同，均如式I所示。本专利技术的硅烷化合物由于部分烷氧基中含有三个碳以上，当应用在水性涂料中时，相对甲氧基可缓解高温下水解缩合速度，提高了水性涂料的耐高温性及储存性；同时结构中保留六个可水解基团，具备双(烷氧基硅基)烷烃高度的致密性和附着力，进一步制成的产品具有优异的防水耐候性能。
[0010]本专利技术还提供了一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011]在搅拌条件下，将1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷加入到装有一元醇的精馏反应装置
中，所述1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷与一元醇的摩尔比为1∶4～15；本专利技术中投入的一元醇过量，从而保证一元醇充分取代1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷中的甲氧基。
[0012]搅拌均匀后，加入催化剂，升温至83℃～90℃甲醇被蒸出，控制蒸出甲醇的流速为0.01mL/s～0.02mL/s，并于83℃～120℃保温反应10
‑
14h；通过控制甲醇的蒸馏速度，使反应稳定进行。若甲醇蒸馏过快，会带出部分一元醇，影响反应效果，若甲醇蒸馏过慢，反应时间过长。
[0013]反应结束，过滤，所得滤液即为所述混合硅烷偶联剂。
[0014]采用本专利技术的制备方法，采用丙氧基等三个碳以上的烷氧基取代1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷中部分甲氧基，反应得到的产物是甲氧基被不同程度取代的混合物。混合物中大部分产物是1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷被取代了四个甲氧基，还有部分产物为1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷被取代了五个甲氧基，甚至1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷中的甲氧基全部都被取代。更具体的，例如用异丙醇与1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷反应，实现异丙氧基取代1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷中的甲氧基，则制备得到混合硅烷偶联剂中可能含有四个异丙氧基和两个甲氧基的硅烷化合物、五个异丙氧基和一个甲氧基的硅烷化合物、六个异丙氧基的硅烷化合物，最终制备得到的混合硅烷偶联剂为这三种化合物的混合物。
[0015]本专利技术采用上述制备方法，工艺简单，操作简便，易于工业化。
[0016]将1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷中部分甲氧基替换为异丙氧基等三个碳以上的烷氧基，由于采用丙氧基等三个碳以上的烷氧基取代甲氧基，取代后的硅烷化合物分子结构更大，空间位阻更大，使得水分子更难进攻，故水解缩合速度会减缓，保留其水解特性的同时减缓了其水解缩合速度。因此，使用本专利技术制备的混合硅烷偶联剂进行水性涂料的制作可极大的增强涂料的稳定性。
[0017]本专利技术的反应机理如下：
[0018](CH3O)3Si
‑
CH2‑
CH2‑
Si(OCH3)3+(6
‑
m
‑
n)ROH
→
[0019](RO)3‑
m
(CH3O)
m
Si
‑
CH2‑
CH2‑
Si(OCH3)
n
(RO)3‑
n
+(6
‑
m
‑
n)CH3OH
[0020]其中R为正丙基、异丙基、正丁基、异丁基中的一种；m、n分别为0～2的整数，且0≤m+n≤2。
[0021]进一步，所述一元醇为正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种。本专利技术主要选择碳数在3
‑
4的一元醇。因为碳数为3
‑
4的一元醇对应的烷氧基，在取代甲氧基后制备的混合硅烷偶联剂可保证水性涂料的耐高温性，碳数过少难以保证水性涂料的耐高温性。同时，为了反应进行顺利，碳数为3
‑
4的一元醇对应的烷氧基可比较顺利取代甲氧基，若碳数增加，分子结构越复杂，空间位阻越大，越难进行酯交换反应，从而影响收率。
[0022]进一步，所述一元醇优选为异丙醇。
[0023]进一步，所用催化剂为下列中的一种：阳离子交换树脂、阴离子交换树脂，反应结束可直接过滤除去催化剂，后处理简单。
[0024]进一步，所述催化剂的加入质量为1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷质量的1％～5％。
[0025]本专利技术还提供一种含有所述的混合硅烷偶联剂的水性涂料，其包括以下百分含量的组分：
[0026]水性聚氨酯树脂38
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂，所述混合硅烷偶联剂由一种以上的硅烷化合物按任意比例混合而成，其特征在于：所述硅烷化合物的通式如式I所示：(RO)3‑
m
(CH3O)
m
Si
‑
CH2‑
CH2‑
Si(OCH3)
n
(RO)3‑
n
ꢀꢀꢀꢀ
式I；式I中，R为正丙基、异丙基、正丁基、异丁基中的一种；m、n分别为0～2的整数，且0≤m+n≤2。2.一种含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：在搅拌条件下，将1，2
‑
双三甲氧基硅基乙烷加入到装有一元醇的精馏反应装置中，所述1，2
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双三甲氧基硅基乙烷与一元醇的摩尔比为1∶4～15；搅拌均匀后，加入催化剂，升温至83℃～90℃甲醇被蒸出，控制蒸出甲醇的流速为0.01mL/s～0.02mL/s，并于83℃～120℃保温反应10
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14h；反应结束，过滤，所得滤液即为所述混合硅烷偶联剂。3.根据权利要求2所述的含六个可水解基团的混合硅烷偶联剂的制备方法，其特征在于，所述一元醇为正丙醇、异丙醇、正丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：向冲，王成，冯琼华，邹泓，肖俊平，
申请(专利权)人：湖北新蓝天新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：