[发明专利]一种硅氢官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法

说明书

一种硅氢官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法，属于倍半硅氧烷制备技术领域。为解决氯硅烷化过程中的原料浪费的问题，所述方法如下：将正硅酸四乙酯加入到有机溶剂中，加入催化剂反应；将POSS铵盐旋蒸除去有机溶剂，用洗涤溶剂冲洗得到的白色固体，真空干燥；将二甲基氯硅烷溶于有机溶剂中，将POSS铵盐充分研磨为白色粉末并分批加入溶液中，搅拌下反应；分液处理反应产物并取有机相，用洗涤溶剂冲洗有机相后，除去洗涤溶剂，旋蒸除去有机相中的有机溶剂，用洗涤溶剂洗涤产物，真空干燥。本发明先将POSS铵盐多次后处理以减少铵盐中存在的杂质，然后用纯化后的POSS铵盐与氯硅烷反应，大大减少所需氯硅烷单体的量，降低成本。

技术领域

本发明属于倍半硅氧烷制备技术领域，具体涉及一种硅氢官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法。

背景技术

笼型低聚倍半硅氧烷，简称POSS，是一类尺寸在1-3nm的有机-无机杂化分子，具有结构规整、高热稳定性、低介电常数、高阻燃性等优点。此外，由于骨架为Si-O-Si结构，POSS与聚合物相容性良好，可形成分子级复合，是材料领域的研究热点。POSS的结构为(RSiO_1.5)_n，n＝8时为对称性最优的T₈立方笼型结构，R为有机官能团，可根据需要修饰一种或多种不同结构。POSS既可作为无机填料共混到聚合物基体中，也可作为聚合单体与基体化学键合，在纳米尺度上改进聚合物的性能。

官能化POSS分为T_n型和Q_xM_y型两种，T_n型主要通过水解缩合法制备，根据官能团需要选择不同的硅烷偶联剂，在酸或碱催化下实现笼的缩合，T₈结构POSS如图1所示。此种方法虽然简单方便，可以直接得到带有目标官能团的POSS产物，但是产率很低且副产物多，并且由于副产物与笼型产物结构性能相似，很难分离提纯，后处理繁琐且困难，使得成本提高。目前为止，国内并没有简单有效的分离方法提纯T_n型POSS。

Q_xM_y型POSS则是硅源在碱催化下直接形成立方笼型结构，再进行氯硅烷化得到H-POSS，根据需要再进行硅氢加成得到目标产物，QM型POSS的结构如2图所示。此方法中，以正硅酸酯为反应起始物，得到POSS铵盐步骤产率高且副产物很少，后处理简单。但是在氯硅烷化过程中，却存在大量的原料浪费问题。氯硅烷化单体为二甲基氢一氯硅烷，此单体相比于其他反应物价格较贵，且由于极易水解，十分不稳定。因为需大大过量于POSS盐，造成严重浪费，成本提高。

发明内容

本发明为了解决氯硅烷化过程中的原料浪费的问题，提供一种硅氢官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法，该方法利用对POSS铵盐的后处理，减少杂质和水的存在，大大降低所需的二甲基氢一氯硅烷，降低成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种硅氢官能团的多面体低聚倍半硅氧烷的合成方法，所述方法步骤如下：

步骤一：以正硅酸四乙酯为硅源，将其加入到有机溶剂中，再加入催化剂，搅拌反应得到POSS铵盐；

步骤二：将步骤一的POSS铵盐旋蒸除去有机溶剂，得到白色固体，用洗涤溶剂冲洗白色固体3～5次，冲洗后放入真空烘箱中干燥；

步骤三：将二甲基氯硅烷溶于有机溶剂中，将步骤三得到的POSS铵盐充分研磨为白色粉末并分批加入溶液中，每次不多于0.1g，搅拌下反应；

步骤四：反应结束后，分液处理反应产物并取有机相，用洗涤溶剂冲洗有机相3～5次后，除去洗涤溶剂，旋蒸除去有机相中的有机溶剂，得到白色固体；

步骤五：用0-5℃洗涤溶剂洗涤3～5次所得产物，置于真空烘箱中45℃干燥5h。