一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法

《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》是安徽矽寶翔飛有機矽新材料有限公司於2015年12月21日申請的發明專利，該專利申請號為201510969340X，公布號為CN105440068A，專利公布日為2016年3月30日，發明人是席日勇。

《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》公開了一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法，屬於有機合成技術領域。丙烯醯氧基氨基矽烷採用氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯通過催化劑在溫度在50-100℃，攪拌時間為3-6小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。該發明的丙烯醯氧基氨基矽烷是一種複合官能團結構的產物，既含有醯氧基也含有氨基，兩者互相共存，性能上，在玻璃纖維浸潤劑中使用，強度上比單獨使用醯氧基和氨基的矽烷產品可以提高20％以上，比單獨使用含有一種基團的產品強度提升明顯。

2021年8月16日，《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。

概述圖為《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法
• 公布號：CN105440068A
• 公布日：2016年3月30日
• 申請號： 201510969340X
• 申請日：2015年12月21日
• 申請人：安徽矽寶翔飛有機矽新材料有限公司
• 地址：安徽省馬鞍山市和縣烏江精細化工基地
• 發明人：席日勇
• Int.Cl.：C07F7/18(2006.01)I
• 專利代理機構：南京知識律師事務所
• 代理人：蔣海軍
• 類別：發明專利

專利背景

矽烷偶聯劑是一類在分子中同時含有兩種不同化學性質基團的有機矽化合物，其經典產物可用通式YSiX3表示。式中，Y為非水解基團，包括鏈烯基（主要為乙烯基），以及末端帶有Cl、NH2、SH、環氧、N3、（甲基）丙烯醯氧基、異氰酸酯基等官能團的烴基，即碳官能基；X為可水解基團。由於這一特殊結構，在其分子中同時具有能和無機質材料（如玻璃、矽砂、金屬等）化學結合的反應基團及與有機質材料（合成樹脂等）化學結合的反應基團，可以用於表面處理。矽烷偶聯劑的套用大致可歸納為三個方面：表面處理能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強複合材料的強度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態時，它對複合材料機械性能的提高，效果也十分顯著。在玻璃纖維中使用矽烷偶聯劑已相當普遍，用於這一方面的矽烷偶聯劑約占其消耗總量的50％，其中用得較多的品種是乙烯基矽烷、氨基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷等。填充塑膠可預先對填料進行表面處理，也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，改善無機填料與樹脂之間的相容性，改善工藝性能和提高填充塑膠（包括橡膠）的機械、電學和耐氣候等性能。用作密封劑、粘接劑和塗料的增粘劑能提高它們的粘接強度、耐水、耐氣候等性能。矽烷偶聯劑往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。矽烷偶聯劑作為增粘劑的作用原理在於它本身有兩種基團；一種基團可以和被粘的骨架材料結合；而另一種基團則可以與高分子材料或粘接劑結合，從而在粘接界面形成強力較高的化學鍵，大大改善了粘接強度。

矽烷偶聯劑的套用一般有三種方法：一是作為骨架材料的表面處理劑；二是加入到粘接劑中，三是直接加入到高分子材料中。從充分發揮其效能和降低成本的角度出發，前兩種方法較好。在矽烷偶聯劑的兩類性能互異的基團中，以Y基團最重要，它直接決定矽烷偶聯劑的套用效果。只有當Y基團能和對應的基體樹脂起反應時，才能提高有機膠粘劑的粘接強度。一般要求Y基團能與樹脂相溶並能起偶聯反應，所以對於不同的樹脂，必須選擇含適當Y基團的矽烷偶聯劑。常用的矽烷偶聯劑為三烷氧基型，但三烷氧基型偶聯劑有可能降低基體樹脂的穩定性，因而來二烷氧基型偶聯劑的研究和套用得到重視。KH550矽烷偶聯劑，γ-氨丙基三乙氧基矽烷是帶有氨基官能團的矽烷偶聯劑，KH-570矽烷偶聯劑，γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷是是帶有醯氧基官能團的矽烷偶聯劑，兩者分別通過氨基或醯氧基官能團，對於與玻璃纖維結合提高強度分別起到很好的作用，對於提高玻纖增強和含無機填料的熱固性樹脂能提高它們的機械電氣性能，特別是通過活性游離基反應固化（如不飽和聚酯，聚氨酯和丙烯酸酯）的熱塑性樹脂的填充，包括聚烯烴和熱塑性聚氨酯。但單個的官能團強度增加有限，玻璃纖維拉出的絲，保護膜，摩擦，膜破壞，強度下降。2015年12月以前的技術中並有將官能團同時存在的偶聯劑，只能分別同時加入兩種物質。

發明內容

專利目的

針對2015年12月以前的技術中存在的矽烷偶聯劑在樹脂中增加強度不足、成本高，使用效率低的問題，《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》提供了一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法，它可以實現矽烷偶聯劑在樹脂中增加強度高、成本低，使用效率高。

技術方案

《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》結構式如下：

一種所述的丙烯醯氧基氨基矽烷的製備方法，步驟如下：

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，兩者的物質的量比為1:1；向反應器中加入總質量的30％-40％的溶劑；

（2）加入催化劑，質量為總質量的1％-3％；

（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在50-100℃，攪拌時間為3-6小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。反應式如下：

更進一步的，所述的催化劑為：苄基三乙基氯化銨、四丁基溴化銨、四丁基氯化銨、四丁基硫酸氫銨、三辛基甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨。更進一步的，所述的氨基矽烷：氨乙基氨丙基三甲氧基矽烷，氨乙基氨丙基三乙氧基矽烷，氨乙基氨丙基三異丙氧基矽烷，氨乙基氨丙基甲基二甲氧基矽烷，氨乙基氨丙基甲基二乙氧基矽烷，氨丙基三甲氧基矽烷，氨丙基三乙氧基矽烷，氨丙基甲基二甲氧基矽烷，氨丙基甲基二乙氧基矽烷。更進一步的，所述的溶劑為甲苯、DMF、苯或四氫呋喃。

改善效果

（1）《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》的丙烯醯氧基氨基矽烷是一種複合官能團結構的產物，既含有醯氧基也含有氨基，兩者互相共存，相對於2015年12月的產品如KH550或KH570隻能單獨存在，該發明可以同時共存；

（2）性能上，在玻璃纖維浸潤劑中使用，強度上比單獨使用醯氧基和氨基的矽烷產品可以提高20％以上，比單獨使用含有一種基團的產品強度提升明顯；

（3）克服了原有產品在玻璃纖維浸潤劑中獲得的潤滑性不好，粗糙性大，阻力大，該產品潤滑性能耗，粗糙性小，阻力小；

（4）相對於一種醯氧基或氨基的矽烷產品，在成本上比同時使用兩者低。

技術領域

《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》涉及有機合成技術領域，更具體地說，涉及一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法。

權利要求

1.《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》結構式如下：

2.一種權利要求1所述的丙烯醯氧基氨基矽烷的製備方法，步驟如下：

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，兩者的物質的量比為1:1；向反應器中加入總質量的30％-40％的溶劑；

（2）加入催化劑，質量為總質量的1％-3％；

（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在50-100℃，攪拌時間為3-6小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。反應式如下：

實施方式

《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》結構式如下：

所述的三個OR1分別為甲基、甲氧基、乙氧基或異丙氧基中的一種。製備步驟如下：（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，兩者的物質的量比為1:1；向反應器中加入總質量的30％的溶劑；所述的催化劑為：苄基三乙基氯化銨、四丁基溴化銨、四丁基氯化銨、四丁基硫酸氫銨、三辛基甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基氯化銨。所述的氨基矽烷：氨乙基氨丙基三甲氧基矽烷，氨乙基氨丙基三乙氧基矽烷，氨乙基氨丙基三異丙氧基矽烷，氨乙基氨丙基甲基二甲氧基矽烷，氨乙基氨丙基甲基二乙氧基矽烷，氨丙基三甲氧基矽烷，氨丙基三乙氧基矽烷，氨丙基甲基二甲氧基矽烷，氨丙基甲基二乙氧基矽烷。所述的溶劑為甲苯、DMF、苯或四氫呋喃。（2）加入催化劑，質量為總質量的1％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在50℃，攪拌時間為3小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。反應式如下：

通過紅外光譜對產品進行檢測，測得在1610厘米-1處出現強吸收峰，說明具有C＝C雙鍵吸收峰，說明存在醯氧基結構，在3451厘米-1處出現強吸收峰，說明存在仲氨基結構，醯氧基和氨基官能團同時存在與製得的產品中。對產品進行強度測試，在玻璃纖維浸潤劑中進行使用，獲得的產品，強度增加26％。具體的實施例如下：

實施例1

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨丙基甲基二乙氧基矽烷，分子式如下：

兩者的物質的量都為1摩爾；向反應器中加入總質量的30％的甲苯；（2）加入苄基三乙基氯化銨作為催化劑，質量為總質量的1％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在50℃，攪拌時間為3小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

實施例2

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨乙基氨丙基三甲氧基矽烷；兩者的物質的量都為2摩爾；向反應器中加入總質量的40％的DMF；（2）加入四丁基溴化銨作為催化劑，質量為總質量的3％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在100℃，攪拌時間為6小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

實施例3

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨乙基氨丙基三乙氧基矽烷；兩者的物質的量都為2摩爾；向反應器中加入總質量的35％的苯；（2）加入四丁基溴化銨作為催化劑，質量為總質量的2％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在75℃，攪拌時間為4小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

實施例4

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨乙基氨丙基三異丙氧基矽烷；兩者的物質的量都為3摩爾；向反應器中加入總質量的38％的四氫呋喃；（2）加入四丁基硫酸氫銨作為催化劑，質量為總質量的1.5％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在80℃，攪拌時間為5小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

實施例5

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨乙基氨丙基甲基二甲氧基矽烷；兩者的物質的量都為1摩爾；向反應器中加入總質量的33％的四氫呋喃；（2）加入三辛基甲基氯化銨作為催化劑，質量為總質量的2.2％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在70℃，攪拌時間為4.5小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

• 實施例6

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨乙基氨丙基甲基二乙氧基矽烷；兩者的物質的量都為2摩爾；向反應器中加入總質量的36％的苯；（2）加入十二烷基三甲基氯化銨作為催化劑，質量為總質量的2.4％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在72℃，攪拌時間為3.3小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

• 實施例7

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨丙基三甲氧基矽烷；兩者的物質的量都為2摩爾；向反應器中加入總質量的34％的甲苯；（2）加入十四烷基三甲基氯化銨作為催化劑，質量為總質量的2.7％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在78℃，攪拌時間為5.2小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

• 實施例8

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨丙基三乙氧基矽烷；兩者的物質的量都為2.5摩爾；向反應器中加入總質量的31％的DMF；（2）加入十四烷基三甲基氯化銨作為催化劑，質量為總質量的1.2％；（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在84℃，攪拌時間為5.6小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

• 實施例9

（1）向反應器中加入氨基矽烷和甲基丙烯酸烯丙酯，此處的氨基矽烷使用氨丙基甲基二乙氧基矽烷；兩者的物質的量都為2摩爾；向反應器中加入總質量的36％的甲苯；

（2）加入十四烷基三甲基氯化銨作為催化劑，質量為總質量的2.6％；

（3）在反應器中進行加熱攪拌，加熱溫度在95℃，攪拌時間為4.7小時，獲得所需的丙烯醯氧基氨基矽烷。

榮譽表彰

2021年8月16日，《一種丙烯醯氧基氨基矽烷及其製備方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。