[发明专利]一种八苯基笼形倍半硅氧烷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子材料领域，具体涉及一种八苯基笼形倍半硅氧烷的制备方法。

技术背景

杂化材料是两种不同类型材料的复合，过去人们利用大尺寸的杂化曾得到某些性能较为优良的材料，其兼具有有机高分子易加工和无机材料高强度的特点。但是仅仅停留在大尺度上的杂化是无法满足当前信息时代对材料的高技术要求。为此，小尺度杂化即纳米尺度及分子水平的杂化被提出，以期得到多功能、高密度集成的复合材料。

笼型聚倍半硅氧烷（POSS）一般分子式表示为（RSiO_3/2）n（n≥4），它是由Si-O-Si形成的骨架及有机基团形成的侧链组成的纳米粒子。它具有类似无机二氧化硅的核和有机支链，是目前唯一的杂化纳米化合物。POSS作为一种纳米改性剂，已被广泛用来制备性能优良的有机-无机纳米复合材料。

POSS单独使用意义不大，必须经过官能化改性才能和基体材料形成无机/有机杂化材料的目的。目前POSS化学领域研究的一个重要方向就是官能化，所谓官能化是指在已有的POSS分子上引入官能团。官能化的方法主要有两大类：一、“顶角-戴帽”法；二、官能团转化法。经过官能化改性的POSS，因其八个角上有机官能团类型及个数的不同，其可被分别用于接枝、共聚、交联反应，从而得到硅氧骨架为核心的线性、接枝或三维交联的有机/无机纳米杂化高分子复合材料。由于引入少量POSS，聚合物材料的性能便可表现出显著的提高，如阻燃性能、力学性能、加工性能、氧气透过性能等都得到显著提高，POSS将给传统聚合物材料带来革命性的变化。因此探索POSS合成和官能化改性新路线、降低成本，从而为大规模的工业化应用奠定基础。

随着对POSS及其衍生物的研究的深入，人们发现与单官能团或双官能团POSS相比，多官能团POSS具有更多的反应活性点，其可与聚合物链或链段以更多的共价键结合，使其与有机聚合物的结合更为牢固、分散更为均匀。而且，通过改变POSS分子中官能团的数目来调节聚合物的交联密度，可以大幅度改变共聚物的物理性质。

八苯基取代笼形倍半硅氧烷是多官能团POSS中比较重要的一种，它可与各类高分子官能基团反应生成共聚物，也可以通过苯环的取代反应合成多官能团POSS。苯基官能化反应的多样性以及芳香结构的刚性和耐热性等优点，使得近年来苯基POSS的改性研究受到越来越多的关注。八苯基POSS是1960年由Brown等利用苯基三氯硅烷在氢氧化钾水解后经过一个复杂的多步缩合反应得到的，其制备方法较复杂，且产率较低，不适合工业化生产。

发明内容

本发明目的在于提供一种八苯基笼形倍半硅氧烷的制备方法，具有操作简单、产率较高的特点。

一种八苯基笼形倍半硅氧烷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）先将反应器置于冰水浴中，将有机溶剂和去离子水的混合溶液加入反应器中，再加入苯基硅烷；然后开启搅拌进行水解反应20~60min后静置；最后用分液漏斗将反应器下层的水层分离掉，再对其有机相进行洗涤和烘干，得前驱水解产物；

（2）将前驱水解产物加入原反应容器中，再向其中加入催化剂和溶剂的混合物，于20~250℃温度下回流反应5~100h后，即有大量白色沉淀物析出；然后对沉淀物进行过滤、洗涤或通过溶解-重结晶的方式来进行提纯、烘干得产物。

进一步方案，所述步骤（1）中的反应器内充有惰性气体保护，并且带有搅拌器和冷凝管；所述搅拌器为机械搅拌器或磁力搅拌器。

所述步骤（1）中的有机溶剂为苯、甲苯、四氢呋喃或异丙醇。

所述步骤（1）中的苯基硅烷为苯基三氯硅烷、苯基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷。

所述有机相中的苯基硅烷的浓度为0.1~0.5g/mL。

所述步骤（1）中的去离子水与有机溶剂的体积比为1~2:1。

所述步骤（1）中的对有机相进行洗涤的洗涤液为饱和氯化钠溶液、甲醇、去离子水或乙腈，对有机相进行干燥的干燥剂为无水硫酸钠。

所述步骤（2）中的催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠、四乙基氢氧化铵或氢氧化锂；所述催化剂占催化剂和溶剂的混合物的摩尔浓度为0.5~2mol/L。

所述步骤（2）中的溶剂为苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇中的一种或以上，溶剂与有机相的体积比为1~3:1。

所述步骤（2）中的洗涤是用乙醚、二氯甲烷或丙酮进行洗涤；烘干温度为60~80℃；所述溶解-重结晶的溶剂为二氯甲烷和丙酮。