[发明专利]制备聚杂硅氧烷的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年7月2日提交的美国申请号61/222693的权益。

发明背景

本发明涉及使用金属盐和金属醇盐制备具有化学键合的非Si金属元素的聚杂硅氧烷(polyheterosiloxane)的方法。金属盐和金属醇盐可含有相同或不同的金属元素。这些方法制备的聚杂硅氧烷是可易于在所选溶剂中分散的固体材料。

在许多应用中一直非常关注将金属元素掺入聚硅氧烷，原因是这些金属元素能够提供高折射率、抗冲击性、耐刮擦性、阻燃性、防腐蚀、防污染等等。总的来说，之前已经使用了两种合成方法来制备含有金属元素和聚硅氧烷的杂化材料。一种方法包括用有机硅烷或聚硅氧烷改性预制的金属氧化物颗粒。这种颗粒改性方法通常面对颗粒聚集、分散和不透明问题的挑战。此外，金属氧化物的不均匀性严重限制了其用于光学和电学应用。另一种方法是基于涉及金属醇盐和烷氧基硅烷的两组分系统的溶胶-凝胶水解和缩合化学。由此方法掺入到聚硅氧烷树脂的金属元素的类型受到金属醇盐前驱体的可用性的限制，因为Ti、Zr、Al、Ge和Sn之外的金属元素是不可用的或难以合成的。

发明人已意外地发现，在硅氧烷聚合反应中添加金属醇盐和可水解金属盐提供了使多种金属元素经金属-O-Si含氧键(oxo-linkage)和金属-O-金属含氧键掺入到有机硅氧烷的方法。因此，本发明涉及利用金属盐和金属醇盐制备具有至少两个非Si金属元素的聚杂硅氧烷的方法。

发明概述

本发明涉及一种制备具有至少两个非Si金属元素的聚杂硅氧烷的方法，包括以下步骤：(1)将一定量的水添加到包括(A)至少一种金属(M1)醇盐、(B)至少一种含硅物质和(C)至少一种可水解金属(M2)盐的分散体中，由此形成具有至少两个非Si金属元素的聚杂硅氧烷。

发明详述

本发明提供了一种制备具有至少两个非Si金属元素的聚杂硅氧烷的方法，包括使：

(A)金属(M1)醇盐、

(B)具有可水解基团的选自以下的含硅物质：

(B1)有机硅氧烷，或

(B2)硅烷，和

(C)可水解金属(M2)盐

与提供水解和缩合组分(A)、(B)和(C)上的烷氧基和其他可水解基团所需的50％和200％之间的量的水反应，以形成聚杂硅氧烷，条件是至少两个非Si金属元素由组分(A)和/或(C)提供。在一个实施方案中，(M1)和(M2)是非Si金属元素，且彼此不同。

如本文所用，表述“至少一种”指一种或多种，且这包括单个的组分和混合物/组合物。

组分(A)是金属(M1)醇盐。在本发明的一个实施方案中，金属(M1)醇盐(A)选自具有通式(I)R¹_mM1O_nX_p(OR²)_v1-m-p-2n的金属醇盐，其中M1选自Ti、Al、Ge、Zr、Sn、Cr、Ca、Ba、Sb、Cu、Ga、Hf、In、Fe、Mg、Mo、Nb、Ce、Er、La、Nd、Pr、Sm、Y、Sr、Ta、Te、W和V，每个X独立地选自羧酸盐配体、有机磺酸盐配体、有机磷酸盐配体、β-二酮酸盐配体和氯化物配体，v1是M1的氧化态，m的值是0至3，n的值是0至2，p的值是0至3，每个R¹是具有1至18个碳原子的烷基，每个R²是独立选择的具有1至6个碳原子的单价烷基、具有6至8个碳原子的芳基或具有通式(VI)-(R³O)_qR⁴的聚醚基团，其中q的值是1至4，每个R³是独立选择的具有2至6个碳原子的二价亚烷基，R⁴是独立选择的氢原子或具有1至6个碳原子的单价烷基。