[发明专利]环氧基硅烷、其制备方法和包含它的可固化组合物

说明书

发明背景

本发明涉及环氧基硅烷，其制备方法，包含环氧基硅烷的可固化组合物和环 氧基硅烷的应用。

已知的环氧基硅烷例如3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷尤其可用作粘合促进剂、 涂料和交联剂。环氧基硅烷的许多这些和其他用途受益于较高的粘合强度、较好 的抗环境性和更加可控的固化时间。认为独立地控制环氧基和可水解的甲硅烷基 的反应性和可固化的环氧基硅烷的极性对于获得这些所需的最终使用特征来说是 关键的。已知的环氧基硅烷化合物常常不具有所需的与基底的反应性或粘合性。 因此，需要具有可控反应性和比已知环氧基硅烷好的粘合性能的环氧基硅烷。

尽管许多环氧基硅烷化合物是已知的，但迄今为止不具有同时拥有环氧基和 甲硅烷基官能度二者且含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的至少一个羰基 连接基团的环氧基硅烷，且至少一个这样的杂原子是氮。现已发现，提供具有至 少一个这样的羰基连接基团的环氧基硅烷导致它的一种或多种性能，例如前面所 述的性能的改进。

发明内容

根据本发明，提供一种环氧基硅烷，所述环氧基硅烷含有至少一个环氧基、 至少一个可水解的甲硅烷基和含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的羰基的 一个或多个连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮，不存在其中环氧基和可 水解的甲硅烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上的这种连接基 团。

此外，根据本发明，为了制备此处的环氧基硅烷，提供许多合成方法。

认为在本发明的环氧基硅烷内存在一个或多个前述的连接基团会控制环氧基 和可水解的甲硅烷基的反应性，且附加优势是环氧基硅烷例如作为粘合促进剂、 涂料中间体和交联剂的应用。当这些连接基团相对紧密地邻近环氧基硅烷中的环 氧基和可水解的甲硅烷基时，它们倾向于增加这些基团的反应性。除了这一增加 的反应性以外，存在一个或多个前述羰基-杂原子连接基团大大地拓宽了环氧基硅 烷的结构范围，从而使得这些化合物的分子设计具有相当大的灵活性，结果提供 对针对特定应用来说它们的功能性能的较大控制。

此处所使用的术语“环氧基”应当理解为包括含有至少一个环氧基环 或环硫基环的化合物。因此，术语“环氧基硅烷”应当理解为 这样的化合物，该化合物包括具有至少一个环氧基环和/或环硫基环，至少一个可 水解的甲硅烷基和含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的羰基的一个或多个 连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮，不存在其中环氧基和可水解的甲硅 烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上的这种连接基团。前述连 接基团包括下述结构：

它们中的一种或多种可存在于本发明的环氧基硅烷内。

此处结合本发明的环氧基硅烷所使用的措辞“环氧基和可水解的甲硅烷基直接 或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上”是指可水解的甲硅烷基和环氧基通过 任选地含有氧、硫或氮杂原子的羰基键合到连接基团的不同杂原子上，和因此可 水解的甲硅烷基和环氧基通过连接基团中的羰基彼此隔开。

具体实施方式

本发明的环氧基硅烷具有通过桥连基团连接在一起的至少一个环氧基和/或环 硫基和至少一个可水解的甲硅烷基，所述桥连基团具有含键合到选自氧、硫和氮 中的杂原子上的羰基的一个或多个连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮， 不存在其中环氧基和可水解的甲硅烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮 杂原子上的这种连接基团。

环氧基和环硫化物官能团能与较大量的有机基官能团，例如亲核体、亲电体 和自由基反应，所述亲核体包括下述非限定性实例：醇盐、羧酸盐、硫醇盐、碳 阴离子和类似物，所述亲电体包括下述非限定性实例：金属离子、酸酐、酸和类 似物，所述自由基包括下述非限定性实例：碳自由基、氧自由基、硫自由基和类 似的自由基。环氧基和环硫化物反应性的宽范围使得这些基团能够参与大量的固 化化学、胶印(graphing)化学和聚合化学。

可水解的甲硅烷基与湿气反应，生成硅烷醇，硅烷醇自身缩合，形成硅氧烷， 硅氧烷与表面氧化物和表面羟基反应，形成硅-氧-金属键，或硅-氧-非金属键。可 水解的甲硅烷基的水解和缩合化学使得这些化合物适合用于交联树脂和聚合物或 者粘结有机树脂和聚合物到无机表面上。