專利名稱：一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷(0APQ的制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
籠型低聚硅倍半氧烷(POSS)是一種具有納米尺寸的三維籠型結(jié)構(gòu)的有機-無機雜化材料，同時具有有機材料和無機材料的優(yōu)點。因此，POSS在聚合物阻燃、催化劑、印刷、 電化學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在聚合物阻燃領(lǐng)域，POSS可以通過共混，接枝， 交聯(lián)和共聚等多種手段添加到聚合物中，以提高聚合物的熱穩(wěn)定性、抗氧化性、介電性能， 降低聚合物的燃燒性。八氨基苯基硅倍半氧烷作為一種POSS納米材料，具有良好的化學(xué)反應(yīng)性和耐熱性，可以與多種化學(xué)基團進(jìn)行反應(yīng)，如環(huán)氧基、氰基、異氰酸酯基和酸酐等基團進(jìn)行反應(yīng)，通過上述反應(yīng)，八氨基苯基硅倍半氧烷可以通過接枝、交聯(lián)和共聚等多種手段添加到環(huán)氧樹脂、氰酸酯、聚氨酯和聚酰亞胺等聚合物中，以提高聚合物的耐熱性能、抗氧化性能、介電性能、氣體滲透性能和力學(xué)性能?，F(xiàn)有的含八氨基苯基籠型低聚硅倍半氧烷通常是由催化還原八硝基苯基籠型低聚硅倍半氧烷制得的，此類物質(zhì)已經(jīng)在耐高溫材料、阻燃材料等方面得到了應(yīng)用。目前，在中國的專利中有關(guān)八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法有兩篇一篇為含氨基苯基倍半硅氧烷的制備方法(授權(quán)公告號CN 100412077C，授權(quán)公告日2008年8月20日)，其使用i^e/C 作為催化劑和水合胼作為還原劑合成了八氨基苯基硅倍半氧烷；另一篇為一種八氨基苯基籠形硅倍半氧烷的制備方法(授權(quán)公告號CN 100430406C，授權(quán)公告日2008年11月5日)， 其使用鋁化合物或者鋁和鐵的化合物的混合物作為催化劑，水合胼為還原劑合成了八氨基苯基硅倍半氧烷。本發(fā)明通過催化劑的改進(jìn)，催化效率大大提高，使合成周期大大縮短，合成時間僅需lh，而上述兩篇專利報道的時間分別為2 12h和7 9h。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提出一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷，它是一種新型的含氨基的低聚硅倍半氧烷納米材料，同時含有硅、氮元素，以其具有POSS和-NH2的結(jié)構(gòu)特點，在聚合物復(fù)合材料中具有協(xié)同阻燃、耐高溫、提高介電性能和力學(xué)性能等作用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其具體制備步驟如下1)將八硝基苯基硅倍半氧烷和溶劑加入到帶有冷凝回流裝置、控溫裝置、惰性氣體保護(hù)和磁力攪拌裝置的反應(yīng)器中，攪拌，控制反應(yīng)器的溫度為20 100°C，加入鈀碳催化劑(Pd/C)和三氯化鐵，然后滴加水合胼，反應(yīng)時間為0. 5 2小時，得到反應(yīng)液；
2)將步驟1)得到的反應(yīng)液過濾，濾液置于錐形分液漏斗中，然后用食鹽水洗滌 3-5次，然后將有機層加入到沉淀劑中，過濾，將濾餅烘干，濾餅的烘干溫度為40 100°C， 最后得到籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷；上述步驟1)中惰性氣體為氮氣或氬氣；上述步驟1)中鈀碳催化劑(Pd/C)中金屬鈀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10% ；上述步驟1)中三氯化鐵為可以含有結(jié)晶水，也可以不含有結(jié)晶水；優(yōu)選為含結(jié)晶水的三氯化鐵；上述步驟1)中水合胼溶度為40% 90% ；優(yōu)選為80% ；上述步驟1)中八硝基苯基硅倍半氧烷與鈀碳催化劑的質(zhì)量之比為1 0. 05 1 ；上述步驟1)中八硝基苯基硅倍半氧烷與三氯化鐵的質(zhì)量之比為1 0. 01 0. 5 ；上述步驟1)中八硝基苯基硅倍半氧烷與水合胼的物質(zhì)的量之比為1 16 80;上述步驟1)中溶劑為C1 C3的醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、 二甲苯、二氧六環(huán)、四氫呋喃、吡啶、二甲基甲酰胺中的一種或其混合物，溶劑優(yōu)選為四氫呋喃；八硝基苯基硅倍半氧烷與溶劑的比為Ig 1 20ml;上述步驟2)中沉淀劑為正己烷、正庚烷、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、去離子水、環(huán)己烷中的一種或其混合物，優(yōu)選為正己烷；上述步驟2)中有機層的體積與沉淀劑的體積比為1 1 20。經(jīng)上述制備方法制備的籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷為含有八個氨基苯基的籠型低聚硅倍半氧烷，其結(jié)構(gòu)式如式(1)所示
權(quán)利要求
1. 一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于具體制備步驟如下1)將八硝基苯基硅倍半氧烷和溶劑加入到反應(yīng)器中，攪拌，控制反應(yīng)器的溫度為20 100°C，加入鈀碳催化劑和三氯化鐵，然后滴加水合胼，反應(yīng)時間為0. 5 2小時，得到反應(yīng)液；2)將步驟1)得到的反應(yīng)液過濾，將濾液用食鹽水洗滌，然后將有機層加入到沉淀劑中，過濾，將濾餅烘干，濾餅的烘干溫度為40 100°C，最后得到籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷；上述步驟1)中八硝基苯基硅倍半氧烷與鈀碳催化劑的質(zhì)量之比為1 0.05 1;八硝基苯基硅倍半氧烷與三氯化鐵的質(zhì)量之比為1 0.01 0.5;八硝基苯基硅倍半氧烷與水合胼的物質(zhì)的量之比為1 16 80;八硝基苯基硅倍半氧烷與溶劑的比為Ig 1 20ml ；上述步驟1)中溶劑為C1 C3的醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、 二氧六環(huán)、四氫呋喃、吡啶、二甲基甲酰胺中的一種或其混合物；上述步驟2)中沉淀劑為正己烷、正庚烷、石油醚、苯、甲苯、二甲苯、去離子水、環(huán)己烷中的一種或其混合物；上述步驟幻中有機層的體積與沉淀劑的體積比為1 1 20。經(jīng)上述制備方法制備的籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷含有八個氨基苯基的籠型低聚硅倍半氧烷，其結(jié)構(gòu)式如式(1)所示
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于步驟1)中的反應(yīng)器帶有冷凝回流裝置、控溫裝置、惰性氣體保護(hù)和磁力攪拌裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于惰性氣體為氮氣或氬氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于步驟1)中鈀碳催化劑質(zhì)量中金屬鈀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于步驟1)中三氯化鐵為含有結(jié)晶水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于步驟1)中三氯化鐵為不含結(jié)晶水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于步驟1)中水合胼溶度為40% 90%。式(1)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于溶劑為四氫呋喃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，其特征在于沉淀劑為正己烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷的制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。將八硝基苯基硅倍半氧烷和溶劑加入到反應(yīng)器中，攪拌，控制反應(yīng)器的溫度為20～100℃，加入鈀碳催化劑和三氯化鐵，然后滴加水合肼，反應(yīng)時間為0.5～2小時，得到反應(yīng)液；將得到的反應(yīng)液過濾，將濾液用食鹽水洗滌，然后將有機層加入到沉淀劑中，過濾，將濾餅烘干，濾餅的烘干溫度為40～100℃，最后得到籠型低聚八氨基苯基硅倍半氧烷。本發(fā)明的反應(yīng)條件溫和穩(wěn)定、重復(fù)性好、催化效率高、產(chǎn)率高、周期短等特點，適合擴大性生產(chǎn)；得到的產(chǎn)物通過接枝、交聯(lián)或共聚等方式添加到聚合物中，能夠提高聚合物的阻燃、耐高溫、力學(xué)、介電性能等多種性能。
文檔編號C07F7/21GK102391303SQ20111032540
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者徐文宇, 楊榮杰, 范海波 申請人:北京理工大學(xué)