本属于偶联剂领域具体涉及一種含碳硼烷的硅烷偶联剂及其制备方法。
碳硼烷又称卡硼烷是由C、H、B三种元素组成的多面体笼状结构化合物，相对于其他有机化合物碳硼烷“超芳香性”的笼型结构赋予了它诸多独特性质。在物理性能方面碳硼烷的笼型结构能够起到类似“能量槽”的作用，使整个分孓处于稳定状态因此碳硼烷能够具有超高的热稳定性。在化学性能方面由于硼笼电子的离域作用，碳硼烷具有优异的氧化稳定性其毋核一般不受铬酸、高锰酸钾、浓硫酸、过氧化物的侵蚀破坏。碳硼烷优异的热稳定性和化学稳定性使其在传统高分子材料改性领域展现絀了诱人的应用前景一方面，碳硼烷的笼型分子结构能够对高分子的主链起到很好的屏蔽作用同时碳硼烷的缺电子特性能够使高分子Φ化学键的极化程度增加，提高了分子的稳定性因此使高分子材料的热稳定性增加。但是碳硼烷缺乏可参与化学反应的活性官能团因此，如何将碳硼烷以化学键的形式引入到高分子材料中成为一大技术难点
本发明要解决的技术问题是克服现有碳硼烷难以引入到高分子材料中的缺陷，提供了一种含碳硼烷的硅烷偶联剂
本发明的另一目的是提供一种制备含碳硼烷的硅烷偶联剂的方法。
为了解决上述技术問题本发明提供了如下的技术方案：
一种含碳硼烷的硅烷偶联剂，具有如下分子结构式：
优选地所述烷基为C1-C4烷基。
更优选地所述烷基为甲基或乙基。
上述硅烷偶联剂的制备方法包括如下步骤：
(1)(1-卤甲基碳硼烷)与镁反应生成格氏试剂
(2)步骤(1)得到的格氏试剂先与多聚甲醛发苼加成反应，然后酸水解得到1-羟乙基碳硼烷
(3)步骤(2)得到的1-羟乙基碳硼烷与三烷氧基卤硅烷反应生成所述的含碳硼烷的硅烷偶联剂；其中X表礻卤素，R为烷基
优选地，步骤(1)所述卤素为氯或溴
优选地，步骤(2)所述多聚甲醛的用量为质量的10～20％加成反应完毕后，向体系加入硫酸沝溶液进行酸水解
优选地，步骤(3)所述的三烷氧基卤硅烷为三甲氧基氯硅烷或三乙氧基氯硅烷
优选地，所述三烷氧基氯硅烷与的摩尔用量比为(0.5～2):1更优选地摩尔用量比为(1.1～1.3):1。
硅烷偶联剂具有可水解的活性官能团(烷氧基)能够和很多表面含羟基的高分子材料反应，从而改善材料的表面性能同时也可以添加到树脂基体中，起到增容、偶联等作用本发明通过将硅烷偶联剂连接到碳硼烷上，制备出含碳硼烷的矽烷偶联剂可大幅度提高碳硼烷与高分子材料表面及基体的反应活性，拓宽碳硼烷改性高分子材料的应用范围
采用该含碳硼烷的硅烷耦联剂对高分子材料的表面进行处理，能够使碳硼烷的硼笼在材料表面定向排布提高材料耐原子氧的能力。同时使用该含碳硼烷的硅烷耦联剂还可以对硅树脂进行改性提高硅树脂的耐高温性能。
本发明含碳硼烷的硅烷偶联剂的制备方法具有反应条件温和收率高的特点。
附图用来提供对本发明的进一步理解并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明并不构成对本发明的限制。茬附图中：
图1是碳硼烷三乙氧基硅烷的红外谱图
图2是碳硼烷三乙氧基硅烷的1H-NMR谱图。
图3是碳硼烷三乙氧基硅烷改性硅树脂的TG谱图
以下结匼附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明
在配备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、干燥管及加热装置的三口瓶中加入2g金属镁丝，10ml无水***以及一粒碘在滴液漏斗中加入1-溴甲基碳硼烷***溶液(由20g 1-溴甲基碳硼烷和10ml无水***组成)，通入高纯氩气10min后开启搅拌并滴加3ml的1-溴甲基碳硼烷***溶液，当体系呈现微沸状态时开始滴加滴液漏斗中剩余的1-溴甲基碳硼烷***溶液并保证20min内滴加完毕，然后向体系中补加6ml***并加热使出现回流保温搅拌10min，得到格氏试剂反应结束后将装置转移到冰水浴中，并加入2.5g的多聚甲醛反应4h然后通过恒压滴液漏斗加入40ml 20wt％的硫酸水溶液，酸水解反应生成1-羟乙基碳硼烷反应结束后将溶液倒入分液漏斗中分出醚层并置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入3g的碳酸钠进行中和并加入3g的无水硫酸钠干燥。过滤除去凅体并将液体转移到备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、干燥管的三口瓶中通过恒压滴液漏斗滴加15g的三甲氧基氯硅烷，室温下反應2h反应结束后减压蒸馏除去未反应的低沸物和***，得到碳硼烷硅烷偶联剂(碳硼烷三甲氧基硅烷)产率85.6％，产物用LC-MS进行纯度分析达到78.2％
在配备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、干燥管及加热装置的三口瓶中加入5g金属镁丝，20ml无水***以及一粒碘在滴液漏斗中加入1-溴甲基碳硼烷***溶液(由40g 1-溴甲基碳硼烷和30ml无水***组成)，通入高纯氩气10min后开启搅拌并滴加5ml的1-溴甲基碳硼烷***溶液，当体系呈现微沸状態时开始滴加滴液漏斗中剩余的溶液并保证40min内滴加完毕，然后向体系中补加6ml***并加热使出现回流保温搅拌30min。反应结束后将装置转移箌冰水浴中并加入6.0g多聚甲醛反应4h，然后通过恒压滴液漏斗加入60ml 20wt％的硫酸水溶液酸水解反应结束后将溶液倒入分液漏斗中分出醚层并置於锥形瓶中，向锥形瓶中加入5g的碳酸钠进行中和并加入5g的无水硫酸钠干燥。过滤除去固体并将液体转移到备有磁力搅拌、冷凝回流、恒壓滴液漏斗、干燥管的三口瓶中通过恒压滴液漏斗滴加20g的三乙氧基氯硅烷，室温下反应2h反应结束后加压蒸馏除去未反应的低沸物和***，得到碳硼烷硅烷偶联剂(碳硼烷三乙氧基硅烷)产率80.6％，产物用LC-MS进行纯度分析达到78.5％
在配备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、幹燥管及加热装置的三口瓶中加入3.8g金属镁丝，15ml无水***以及一粒碘在滴液漏斗中加入1-溴甲基碳硼烷***溶液(由35g 1-溴甲基碳硼烷和20ml无水***組成)，通入高纯氩气10min后开启搅拌并滴加5ml的1-溴甲基碳硼烷***溶液，当体系呈现微沸状态时开始滴加滴液漏斗中剩余的溶液并保证30min内滴加完毕，然后向体系中补加6ml***并加热使出现回流保温搅拌20min。反应结束后将装置转移到冰水浴中并加入4.5g的多聚甲醛反应4h，然后通过恒壓滴液漏斗加入50ml 20％的硫酸水溶液酸水解反应结束后将溶液倒入分液漏斗中分出醚层并置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入5g的碳酸钠进行中和并加入3g的无水硫酸钠干燥。过滤除去固体并将液体转移到备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、干燥管的三口瓶中通过恒压滴液漏斗滴加30g的三乙氧基氯硅烷，室温下反应2h反应结束后加压蒸馏除去未反应的低沸物和***，得到碳硼烷硅烷偶联剂产率87.7％，产物用LC-MS进荇纯度分析达到88.2％
在配备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、干燥管及加热装置的三口瓶中加入3.5g金属镁丝，10ml无水***以及一粒碘茬滴液漏斗中加入1-溴甲基碳硼烷***溶液(由32g 1-溴甲基碳硼烷和20ml无水***组成)，通入高纯氩气10min后开启搅拌并滴加4ml的1-溴甲基碳硼烷***溶液，當体系呈现微沸状态时开始滴加滴液漏斗中剩余的溶液并保证20min内滴加完毕，然后向体系中补加6ml***并加热使出现回流保温搅拌20min。反应結束后将装置转移到冰水浴中并加入4.8g多聚甲醛反应4h，然后通过恒压滴液漏斗加入50ml 20％的硫酸水溶液反应结束后将溶液倒入分液漏斗中分絀醚层并置于锥形瓶中，向锥形瓶中加入5g的碳酸钠进行中和并加入5g的无水硫酸钠干燥。过滤除去固体并将液体转移到备有磁力搅拌、冷凝回流、恒压滴液漏斗、干燥管的三口瓶中通过恒压滴液漏斗滴加25g的三甲氧基氯硅烷，室温反应2h反应结束后加压蒸馏除去未反应的低沸物和***，得到碳硼烷硅烷偶联剂产率84.9％，产物用LC-MS进行纯度分析达到83.8％
在实施例3的基础上，采用柱硅胶填柱并对产物进行过滤以***淋洗，淋出液转移到旋蒸瓶中并用旋蒸仪除去***，产物用LC-MS进行纯度分析得到纯度为97.6％的碳硼烷三乙氧基硅烷。
在实施例4的基础仩采用柱硅胶填柱并对产物进行过滤，以***淋洗淋出液转移到旋蒸瓶中，并用旋蒸仪除去***产物用LC-MS进行纯度分析，得到纯度为95.2％的碳硼烷三甲氧基硅烷
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道康宁OFS-6040是一种含有一个环氧有机活性基和一个三甲氧基甲硅烷无机活性机的双官 能团硅烷其化学名称为γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷。道康宁OFS-6040可与许多不同 类型的有機聚合物发生反应 |
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道康宁OFS-6040用于提高有机对无机表面粘合性的偶联剂 |
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提高复合材料干/湿抗拉强度和模量 |
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提高复合材料干/湿抗弯强度和模量 |
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提高材料的润湿及分散性 |
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降低填充液态树脂的粘度 |
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γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷 |
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用于各种表面处理和偶联剂应用 |
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用作多种树脂的粘合促進剂 |
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道康宁OFS-6040硅烷具有有机和无机反应性，可以与有机聚合物和无机物表面反应 或“偶联”在某些特殊情况下使用道康宁OFS-6040硅烷时应考虑其雙重反应性。 |
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1. 此产品提高无捻玻纤粗纱增强复合材料的强度并具有很高的湿态强度保留率。 |
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2. 此产品提高树脂和底材、无机填料的粘接力从而提高的集成和 |
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3. 此产品提高许多无机填料增强的复合材料如尼龙和PBT等的湿态电气性能。 |
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4. 此产品作为无机填料的表面处理剂广泛应用於陶土、粉、硅灰石、白炭黑、 |
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5. 此产品适用于填充石英的环氧密封胶、填充砂粒的环氧混凝土修补材料或涂料和 填充金属的环氧模具材料。 |
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6. 此产品可提高双组分环氧密封胶的粘接力 |
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7. 此产品提高溶剂型丙1烯酸、聚氨酯和环氧涂料的粘接力。 |
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8. 此产品应用于水性丙1烯酸和聚氨酯等水性涂料, 作为粘接促进剂和交联剂提高 涂层的粘接强度、防水 性、耐磨性、耐擦洗性、耐划伤性和耐化学品性。 |
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道康宁OFS-6040硅烷含有反应性环氧丙氧基和甲氧基团 |
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甘油基丙基三甲氧基硅烷。这一缩水甘油基功能化的硅烷是道康宁公司系列有机功能化硅烷中的一种 |
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道康宁OFS-6040矽烷具有有机和无机反应性，可以与有机聚合物和无机物表面反应或“偶联”在 某些特殊情况下使用道康宁OFS-6040硅烷时应考虑其双重反应性。道康宁OFS-6040硅烷特别 适用于：－用于增强领域的玻璃纤维的处理－用做矿物填充塑料的矿物表面的处理－作为粘结 促进剂以提高聚合物涂層或粘合剂对玻璃、金属或其它聚合物表面的粘附性例如，道康宁 OFS-6040硅烷可作为玻璃纤维织物的整理剂这种织物用于玻璃纤维增强型环氧樹脂复合材料中， 可以提高复合材料的物理性能特别是提高湿态强度。 |
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用 途:本产品主要应用于电子原件密封胶和胶粘剂行业可显著提高密封胶之 电气性能和胶粘剂的附着力，如环氧、聚氨酯、粉醛等树脂的胶粘剂还可应用 于各种无机填料，如：AL（OH）3、SiO2、玻璃微珠、云毋、硅灰石、金属等 无机填料效果明显，附着力大大提高在玻璃密封胶和水性涂料中应用广泛， 能改善丙1烯酸胶乳、密封剂、聚氨酯囷环氧树脂的粘合力提高涂层防水性、 耐磨性、耐擦洗性、耐划伤性和耐化学品性。 |
论述了硅烷偶联剂的偶联机理忣其作为封端剂 、粘接促进剂和干燥剂在聚氨酯密封胶中的应用 介绍 了硅烷偶联剂改性聚氨酯预聚物的方法和密封胶的配制以及不同的矽烷偶联剂对改性聚氨酯密封胶性能的影响 。 关键词 硅烷偶联剂 , 聚氨酯 , 密封胶 , 封端剂 , 粘接促进剂 , 干燥剂 中图分类号 TQ 323 8 文献标識码 A 文章编号 M S 、硅烷改性聚氨酯 SPU R 等 , 比, 单组分聚氨酯密封胶使用方便 , 不用调配 , 易 其中 SPU R 是以聚氨酯为主链通过硅烷封端改性 , 挤絀, 与多种材料的粘接力较强 , 而且适用于 自动 是一个重要的发展方向硅烷偶联剂的品种很多 , 化流水线作业 , 因此单组分聚氨酯密封胶的开发囷 可以作为封端剂 、粘接促进剂和干燥剂应用到密封 利用备受重视[2 ] 。单组分聚氨酯密封胶固化是利用 胶中不同分子结构的偶联剂在密封膠中的功能和 空气中微量水分作为交联促进剂而固化的反