技術領域

本發明屬于精細化工制備技術領域，尤其涉及一種液態籠型倍半硅氧烷及其制備方法。

背景技術

籠型倍半硅氧烷(POSS)是由Si和O組成內部籠型無機骨架，外部連接有機基團的具有納米尺度的無機/有機雜化材料。由于無機/有機雜化以及具有外部官能團的結構特征，POSS可以與多種熱固性樹脂配合使用，形成無機/有機雜化的納米增強聚合物材料。

高性能、高耐熱的環氧樹脂品種主要是那些具有耐熱性骨架或可提高交聯密度的多官能環氧樹脂。除了環氧樹脂自身結構的影響，固化劑種類的影響是其耐熱性的另一個重要因素。一般來說，它們或具有穩定的化學結構或具有多官能度，與環氧樹脂反應后增加了環氧樹脂交聯度和穩定性，從而提高其耐熱性。氨基籠型倍半硅氧烷即擁有耐熱性能優異的硅籠基團，又可以提供其他固化劑很難達到的交聯密度，極大的改善了環氧樹脂的耐熱和力學性能。

傳統改性環氧樹脂的方法常采用熱塑性樹脂、橡膠彈性體、熱致液晶聚合物、剛性粒子、有機硅等對環氧樹脂進行改性，但這些改性方法通常在提高某一性能的同時，損失另外的性能，如橡膠增韌通常降低耐熱性。為此國內外對POSS進行了大量的研究，Frank J.Feher等人合成一系列不同結構POSS，對POSS的合成條件了系統研究。董喜華等利用氨丙基籠型硅氧烷(OapPOSS)對環氧樹脂膠黏劑做了改性研究。但是目前報道的籠型倍半硅氧烷(POSS)多呈固體狀粉末狀態，與環氧樹脂相容性很差，難以均勻分散。

綜上所述，現有技術存在的問題是：現有技術通常在提高某一性能的同時，損失另外的性能，而且現有技術制備的產品與環氧樹脂的相容性和分散性差，環氧樹脂的熱性能和力學性能差。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種液態籠型倍半硅氧烷及其制備方法。

本發明是這樣實現的，一種液態的籠型倍半硅氧烷，所述液態的籠型倍半硅氧烷的結構式如下：

本發明另一目的在于提供一種液態籠型倍半硅氧烷制備方法，所述液態籠型倍半硅氧烷制備方法以氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷為原料，首先通過水解縮合合成固態的氨乙基氨丙基籠型倍半硅氧烷，后與小分子N,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷反應制得液態的籠型倍半硅氧烷；具體包括以下步驟：

步驟一，在圓底燒瓶中加入去離子水、四丁基氫氧化銨、異丙醇，攪拌并升溫，滴加氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，攪拌后升溫，反應；過濾得到白色粉末，真空干燥，得到固態的氨乙基氨丙基籠型倍半硅氧烷；

步驟二，在燒瓶中加入環氧氯丙烷和二乙胺，緩慢滴加去離子水；反應，然后降溫；將氫氧化鈉溶于水中配成溶液加入到反應瓶中，再繼續攪拌；用分液漏斗分出有機相，經水洗、萃取、干燥處理，制得N,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷；

步驟三，取N,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷于四口燒瓶中，升溫，將合成的氨乙基氨丙基籠型倍半硅氧烷溶于甲醇中；然后在攪拌條件下緩慢滴加到裝有N,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷的四口燒瓶中，回流反應；停止反應后蒸發除去溶劑，烘去剩余溶劑，得黃色黏稠液體，即為所述的液態籠型倍半硅氧烷。

進一步，步驟一具體包括：在圓底燒瓶中加入10g去離子水、0.21g四丁基氫氧化銨、31g異丙醇，攪拌并升溫至30℃，緩慢滴加40.25g氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，攪拌5h后升溫至78℃，反應19h。過濾得到白色粉末，真空干燥24h，得到固態的氨乙基氨丙基籠型倍半硅氧烷。

進一步，步驟二具體包括：在燒瓶中加入37g環氧氯丙烷和28.8g二乙胺，緩慢滴加12g去離子水，在29℃反應6h，然后降溫到22℃，將16g氫氧化鈉溶于30.4ml水中配成溶液加入到反應瓶中，再繼續攪拌40min；用分液漏斗分出有機相，經水洗、萃取、80℃真空干燥24h處理，制得N,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷。

進一步，步驟三具體包括：取5.08gN,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷于四口燒瓶中，升溫至70℃，將合成的1.76g氨乙基氨丙基籠型倍半硅氧烷溶于25.28g甲醇中，然后在攪拌條件下緩慢滴加到裝有N,N-二乙氨基-1,2-環氧丙烷的四口燒瓶中，70℃回流反應4h；停止反應后蒸發除去溶劑，于80℃烘去剩余溶劑，得黃色黏稠液體,即為所述的液態籠型倍半硅氧烷。

進一步，所述液態籠型倍半硅氧烷化學分子式合成路線具體為：

本發明的另一目的在于提供一種利用上述的液態籠型倍半硅氧烷制備的橡膠。