王 維，房冉冉，張 可

（中國石油大學勝利學院 機械與控制工程學院，山東 東營 257000）

用于納米材料功能化改性的新型硅烷偶聯(lián)劑制備研究

王 維，房冉冉，張 可

（中國石油大學勝利學院 機械與控制工程學院，山東 東營 257000）

用AEPH300和三乙氧基氫硅經(jīng)硅氫加工制成新型硅烷偶聯(lián)劑，用IR進行結構表征，并測定產(chǎn)物表面張力。結果表明，該新型硅烷偶聯(lián)劑攜帶功能化活性R基團，能有效降低表面張力至33.8 mN/m。

硅烷偶聯(lián)劑；實驗條件；表面張力；儀器

納米材料在光、電、磁、熱等方面具有優(yōu)異特性，但納米材料易團聚，需要用硅烷偶聯(lián)劑進行表面改性。硅烷偶聯(lián)劑通式為RSiХ3，R為官能團。如果將R基團功能化，則可得到功能化的納米材料。本文通過硅氫加成法將AEPH300的活性基團反應到Si（CH3CH2O）3H上，優(yōu)化實驗條件并測試產(chǎn)物表面張力，得到具有表面活性的新型硅烷偶聯(lián)劑。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器設備有DF-101S型集熱式磁力攪拌器，SHZ（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵、Nicolet6700型傅立葉變換紅外光譜儀、TХ500型旋滴界面張力儀。試驗試劑包括異丙醇、六氯合鉑酸、三乙氧基氫硅、AEPH300等。

1.2 試驗步驟

1．2．1 Speier催化劑

取20 mL將0.964 6 g六氯合鉑酸溶于無水異丙醇中，充分攪拌至完全溶解，所得溶液即Speier催化劑。避光并冷藏密封存放。

1．2．2 非離子-陰離子型烷氧基硅烷偶聯(lián)劑

移取一定量的AEPH300和少量上述稀釋過的Speier催化劑加入四口燒瓶中，接通N2，打開磁力攪拌，在一定溫度下恒溫1 h，逐滴滴加一定量的 Si（CH3CH2O）3H，反應一定時間。

表1 反應物配比對Si（CH3CH2O）3H的影響

1．2．3 轉化率的測定

反應物的轉化率用化學滴定法滴定未反應的Si-H鍵的量來測定。

2 試驗結果分析

2.1 實驗條件優(yōu)化

2．1．1 反應物配比

反應物配比對Si（CH3CH2O）3H的影響如表1所示。

由表 1可知，當 n（AEPH300）∶n（Si（CH3CH2O）3H）=1.2時，Si-H的轉化率達到最大值91.7%，進一步增加AEPH300量，轉化率幾乎不變，而且產(chǎn)物顏色由黃色變?yōu)楹稚敝磷兒?。綜合考慮，最佳反應物配比為1.2.

2．1．2 反應時間

當反應時間為5 h時，Si-H轉化率達到最大值91.4%，通過觀察發(fā)現(xiàn)，反應體系的顏色隨反應時間的延長而加深，說明隨著時間的增加，體系中的副產(chǎn)物越來越多。因此，最佳反應時間為5 h。

2．1．3 反應溫度

當反應溫度為85℃時，Si-H的轉化率達到最大值91.3%，繼續(xù)升高反應溫度，轉化率不但不升高，反而稍有降低，因此最佳反應溫度為85℃。

2．1．4 催化劑加量

當催化劑加量為2 mL時，Si-H的轉化率為91.3%，達到最大。直至催化劑加量增加到3 mL時，轉化率降低至89.8%，綜上所述，實驗中選擇催化劑加量為2 mL。

2.2 產(chǎn)物測試與表征

2．2．1 產(chǎn)物紅外譜圖表征

Si（CH3CH2O）3H、AEPH300和A光譜圖如圖1所示。圖1在2 199 cm-1處的Si-H伸縮振動峰在目標產(chǎn)物A中未出現(xiàn)，說明Si（CH3CH2O）3H中的Si-H鍵已基本反應完全。而在2 981 cm-1處的C-H伸縮振動峰，1 395 cm-1處的甲基對稱彎曲振動峰，1 109 cm-1處的C-O伸縮振動峰，965 cm-1處的Si-O-C的伸縮振動吸收峰，全部出現(xiàn)在目標產(chǎn)物A的譜圖中。此外，在1 648 cm-1處的C=C雙鍵伸縮振動峰，在目標產(chǎn)物A中幾乎不存在，說明AEPH300中的雙鍵也已基本反應完全。

圖1 Si（CH3CH2O）3H、AEPH300和A光譜圖

2．2．2 產(chǎn)物表面張力測試

通過配制一系列濃度的溶液，測定表面張力以表示該產(chǎn)物的表面活性。分析可知，新型硅烷偶聯(lián)劑表現(xiàn)出優(yōu)良的表面活性，可使表面張力降至33.8 mN/m。結果表明，實驗通過硅氫加成法成功引入活性官能團——具有烷氧基鏈的R基團，合成了一種具有高活性的新型硅烷偶聯(lián)劑。

3 結束語

硅烷偶聯(lián)劑是一種分子 “連接劑”，廣泛應用于表面處理領域。本論文通過硅氫加成法將具有表面活性的烷氧基鏈引入到三乙氧基氫硅上，制備出攜帶活性R基團的新型硅烷偶聯(lián)劑，測試產(chǎn)物表面張力表明其具有優(yōu)良的表面活性，在納米材料的功能化改性方面具有很好的發(fā)展前景。

［1］張志焜，崔作林.納米技術與納米材料［M］.北京：北京大學出版社，2001.

［2］高鐮，孫靜，劉陽橋.納米粉體的分散及表面改性［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.

［3］章基凱.有機硅材料［M］.北京：中國物質出版社，1999.

〔編輯：張思楠〕

O647.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.081

2095-6835（2017）24-0081-02