技術領域

本發明涉及聚倍半硅氧烷合成技術領域，特別是涉及一種新型大環型聚倍半硅氧烷及其高效合成方法。

背景技術

大環型聚倍半硅氧烷具有重要用途，如用在分子自組裝、開發新型納米復合材料以及新型耐高溫材料等領域。目前為止，見于報道的大環型聚倍半硅氧烷多是由單鏈組成的，熱穩定性有待提高。并且現有合成方法是在稀溶液中制備得到大環型聚倍半硅氧烷，合成效率低。如E.V.?Matukhina等人發表在Inorganic?Chemistry上的論文(Inorganic?Chemistry，2011，50，10033-10040)以三烷氧基硅烷為原料在稀溶液中經過水解縮合制備得到了由單鏈組成的大環型聚倍半硅氧烷。合成方法存在合成效率低的問題，產品熱穩定性有待提高。

發明內容

為解決現有大環型聚倍半硅氧烷的合成存在著效率低與產品熱穩定性有待提高的問題，本發明提出了一種大環型聚倍半硅氧烷及其合成方法，本發明的合成方法具有反應條件溫和、能耗低、合成效率高、產品提純過程簡單易行等優點。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種大環型聚倍半硅氧烷的結構式如(I)所示：

結構式中R₁和R₂分別獨立選自烷基、烯基、炔基、芳香基、環氧基、酯基、磺酸基、羧基、腈基、鹵代烷基、鹵代烯基、鹵代炔基中一種，n為正整數。

所述的大環型聚倍半硅氧烷的合成方法為以下步驟：

(1)以結構式如(II)所示的含有多種官能團多面體低聚倍半硅氧烷為原料，在酸催化劑的作用下，在有機溶劑中進行反應，再經過后處理過程，得到結構式如(III)所示的含氫的低聚倍半硅氧烷，反應過程如下所示：

所述結構式如(II)所示的含有多種官能團多面體低聚倍半硅氧烷為反式結構，即硅氫鍵指向外側；硅羥基指向內側。

所述酸催化劑為有機酸或者無機酸，作為優選，酸催化劑選自甲酸、乙酸、三氟乙酸、苯甲酸、苯磺酸、鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸中一種。結構式如(II)所示的含有多種官能團多面體低聚倍半硅氧烷與酸催化劑的質量比為1∶0.001～0.1，酸催化劑的質量是指在任意濃度下，酸催化劑作為溶質的質量。

(2)以步驟(1)合成得到的含氫低聚倍半硅氧烷再在金屬催化劑存在下與水反應，并經過后處理過程，得到結構式如(I)所示的大環型聚倍半硅氧烷，反應過程如下所示：

反應式中R₁和R₂分別獨立選自烷基、烯基、炔基、芳香基、環氧基、酯基、磺酸基、羧基、腈基、鹵代烷基、鹵代烯基、鹵代炔基中一種，n為正整數。

所述金屬催化劑為金屬單質、金屬氧化物、金屬鹽、金屬絡合物中一種，作為優選，金屬催化劑選自鐵、鈷、鎳、釕、銠、鉑、鈀、鋨、銥、金、銀、銅、錫、鋅、鈦、鎬、鉻、錳或鑭系金屬的單質或金屬化合物。結構式如(III)所示的含氫低聚倍半硅氧烷與金屬催化劑的質量比為1∶0.001～0.1。

結構式如(III)所示的含氫低聚倍半硅氧烷與水的質量比為1∶0.001～0.1。

步驟(1)與步驟(2)中所述有機溶劑為烷烴、芳香烴、醚類、環醚類、酮類中一種，作為優選，有機溶劑選自正己烷、環己烷、甲苯、乙醚、正丁醚、四氫呋喃、1，4-二氧六環、丙酮、環己酮、甲基異丁基酮中一種。有機溶劑所用的量為使溶質溶解的量。

步驟(1)與步驟(2)中反應溫度為-20～120℃，反應時間為30分鐘～24小時。

步驟(1)與步驟(2)中所述后處理過程為真空烘干、柱色譜或者沉淀。

本發明在有機溶劑中，以含有多種官能團多面體低聚倍半硅氧烷為原料，在酸、水和金屬催化劑的作用下進行化合反應制備得到大環型聚倍半硅氧烷，實現大環型聚倍半硅氧烷的高效合成，總產率可以達到60～95％。產物結構通過凝膠滲透色譜和紅外光譜等進行了表征。凝膠滲透色譜表明產物分子量較高，分子量分布較窄；紅外光譜與理論所含有基團相吻合。

所述的大環型聚倍半硅氧烷在分子自組裝、開發新型納米復合材料、耐高溫材料上的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：合成方法具有反應條件溫和、能耗低、合成效率高、產品提純過程簡單易行等優點。

附圖說明

圖1為實施例1中大環型聚倍半硅氧烷的凝膠滲透色譜圖；

圖2為實施例1中大環型聚倍半硅氧烷的紅外光譜圖。

具體實施方式