γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷水解缩合反应的研究

γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷

水解缩合反应的研究

顾哲明谷晓昱张军营翟燕燕

北京化工大学材料科学与工程学院北京化工大学178信箱 100029

关键词：盐酸水解缩合催化

摘要：本文详细的论述了聚γ-（2，3－环氧丙烷）丙基倍半硅氧烷的水解缩合过程，并通过IR，GPC的表征，讨论其催化剂，反应温度，反应时间对产物的影响。

引言：含官能性基团比如氯、乙氧基、甲氧基的硅烷水解缩合反应，都会产生凝胶的现象，因此用溶胶—凝胶的方法[1-9]来探讨其水解缩合的反应过程已成为共识。该法是在19 世纪中叶, 由法国化学家Ebem an[10]等人最早应用的。硅烷水解缩合反应产生的凝胶并非能够用目测确定，如何准确的确定凝胶的产生时间，并断定凝胶现象的产生存在着较大的人为误差。本文则通过IR，GPC的表征避免了这种人为误差的产生，并且详细的讨论了γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷水解缩合反应，确定该反应的反应时间以及盐酸催化剂、反应温度的影响。

实验原料：

γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（EPPM）武大有机硅公司，去离子水，盐酸溶液，AR，北京化工厂

实验步骤：

在三口瓶中先加入EPPM，加入几滴盐酸溶液作为催化剂，去离子水缓慢滴加并打开搅拌，EPPM和去离子水的比例为3：1至4：1之间，分别在不同的温度下进行反应。

结果与讨论：

1．催化剂对水解缩合反应的影响

EPPM：H2O的质量比为1：1，反应温度为40℃，分别在无催化剂和有催化剂的条件下进行水解反应。分别在1d、2d、9d取样对产物分子量进行测试，如Fig1、2、3所示。

Si键。因此60℃为最佳的反应温度。

3.不同的反应时间下IR对产物的跟踪表征

在60℃下反应于1h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、24 h、48 h、72 h 取样进行IR和GPC测试。对生成聚合物的时间进行讨论。

Fig6 GPC of different sample points

Fig6为各取样点的GPC曲线，反应在第1、2小时依然为双峰，说明体系中存在两个分子量相近的组分，推断为原料EPPM和水解中间产物。当反应进行到第3小时，出现单峰则说明体系中只有新的生成物，这正对应了IR图中3h 出现明显双峰的现象。随着反应的进行分子量越来越大，此现象持续到第8小时，这与红外图中1000-1100cm-1规整双峰的出现是相对应的。当24h、48h、72h的GPC图线出现重合，说明分子量有所减小，反应处于平衡状态或存在逆反应的

趋势，这也应证了红外谱图的对反应时间的跟踪。

综上所述，当开始加入水时，原料发生水解反应，在第2小时体系中缩合物的比率增大，在3至8小时反应向正方向进行并且产物分子量越来越大，若长时间反应则有可能向逆方向进行。

结论：

1.盐酸能够催化和加速γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷水解缩合反应，其反应的转化率和产物分子量得到明显提高。

2.升高温度有利于生成大分子量的聚合物，但温度过高会导致反应不完全，其水解缩合的最佳温度为60℃。

3.通过IR和GPC的表征说明：当水滴加到体系中时发生了水解反应，直到反应3h后体系发生了缩合，长时间的反应不利于正反应，该反应为平衡反应。

参考文献：

1 Pope E J A，Mackkenzie J D.J，Non-Crystallline Solids，1986，87:185.

2 Brinker C J，Non-Crystallline Solids，1988，100:31

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23(3).-39-41

7 许丕池，姜德生，余海湖，李小甫，李鸿辉，SiO2溶胶及其静电自组装薄膜的制备，化学物理学报，2004，17(2).-165-170

8 熊华山，陈宁，张清华，王克，殷勤俭，江波，Sol—gel制备SiO2增透膜的研究，功能材料，2004，35(4).-485-486

9 王秀华，翁履谦，王玲，徐国跃，王芹，王函，台国安，硅烷偶联剂在有机-无机杂化纳米复合材料中的应用.有机硅材料，2004，18(3).-30-33

10Aelion R，LoebelA and Eirich F. J. A. C. S> 1950，72: 5705

Study on the Hydrolic Polymerization of γ-（2，3－epoxypropoxyl）

propyltrimethoxyl silane

(College of Material Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing University of Chemical Technology 178＃100029)

Abstract:Sol－gel was used in the middle period of 19th by French chemical Ebem an.Now it was used in hydrolyzation and condensation of silane which has special functional groups such as chlorine,ethyoxyl,propoxyl.However how to make sure the time of gel and how to make sure the gelation,it is easy to take artificial mistake in it.We avoid the artificial mistake by IR,GPC,and discuss the hydrolyzation and condensation of silane coupling agent detailly,make sure the reaction time and the influence of the catalyst and the reaction temperature.

Keywords:Hydrochloric acid Hydrolyzation Condensation Catalyzation