脲基硅烷的制备及表征

发布时间：2017-09-11 22:18

  本文关键词：脲基硅烷的制备及表征

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【摘要】：有机硅聚合物具有很好的耐高低温、疏水、耐老化、耐候等优异性能,应用于国防、生活等各方面,已成为适应时代要求,发展快速,具有发展前途的绿色材料。有机硅聚合物的合成方法主要分为两类,一类是以两端带有活性基团硅烷的直接缩聚,一类是环硅氧烷的开环聚合。直接缩聚因其反应不好控制,工业上主要是以开环聚合为主,若要制备特种耐高温的有机硅聚合物,比如向硅氧烷主链引入耐热基团,开环聚合是达不到的。本论文采用二硅醇和活性的脲基硅烷进行缩聚反应,可以很好地解决上述困难,对缩合所用单体脲基硅烷的制备进行了深入探究。论文主要工作如下：1.采用阴离子反应和氯硅烷氨解两种方法制备双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷,通过FTIR、1H NMR对其进行结构表征,证实了双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷的成功合成。随后从反应配比、反应溶剂、反应温度、反应时间四个方面来探究影响双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷产率的因素,以此确定最佳合成条件。最终确定反应条件是：(1)原料甲基乙烯基二氯硅烷和四氢吡咯的摩尔配比为1：5;(2)庚烷作溶剂;(3)反应温度为-10～-20℃；(4)反应时间为4小时。2.在无水无氧、高纯氩气环境中,以合成的双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷、异氰酸苯酯为原料,进行反应制备双(N-苯基-N'-四亚甲基脲)甲基乙烯基硅烷,且探讨了反应时间、反应配比、反应温度三个方面的因素对双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷产率的影响,以此确定最佳合成条件。最终确定反应条件是：(1)反应温度为-10～-20℃(2)异氰酸苯酯与双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷配比为2.5：1；(3)反应时间为3小时；3.采用不同侧基的二氯硅烷、四氢吡咯、二乙胺作为原料合成不同结构的有机氨基硅烷,接着与异氰酸苯酯进行反应,制备了7种端基或者侧基不同的脲基硅烷,通过FTIR、1HNMR、13C-NMR、MS对其结构进行了表征,通过DSC测试了其熔点。4.应用二苯基硅二醇与制备的三种脲基硅烷在低温下进行缩聚反应,制备了5种不同有机硅聚合物,通过FTIR、1HNMR、13C NMR、GPC对聚合物进行了结构表征,数据表明聚合物的成功合成。5.应用TGA对合成的有机硅聚合物进行热性能分析,探讨了不同气氛中的降解机制及初始分解温度、侧基种类和含量对耐热性能的影响,分析结果表明,在氮气、空气环境下聚合物都有很高的初始分解温度和高温残炭率：且在氮气、空气中的分解机制完全不同,氮气中只有一步降解,空气中分两步降解；在空气中聚合物的初始分解温度大多低于氮气中的初始分解温度；在氮气和空气环境中,乙烯基取代的聚合物比二甲基取代的聚硅氧烷耐热性更高,且随着乙烯基含量的增加而变大;苯基的引入使聚合物耐热性能进一步提高。
【关键词】：氨基硅烷 脲基硅烷 硅氧烷 合成 表征 热性能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O634.41
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 符号说明16-17
• 第一章 绪论17-33
• 1.1 前言17
• 1.2 有机硅聚合物的合成方法17-25
• 1.2.1 水解缩聚17-20
• 1.2.2 非水解缩聚20-23
• 1.2.3 开环聚合23-25
• 1.3 有机氨基硅烷的合成研究进展25-28
• 1.3.1 氯硅烷氨解制备有机氨基硅烷25-27
• 1.3.2 N-M(金属)与有机硅烷反应合成有机氨基硅烷27-28
• 1.4 脲基硅烷的合成研究进展28-31
• 1.5 国内外研究现状31
• 1.6 论文研究的目的、意义和内容31-33
• 1.6.1 论文研究的目的和意义31
• 1.6.2 论文研究的内容31-33
• 第二章 实验部分33-37
• 2.1 所用原料及仪器33-34
• 2.1.1 实验主要原料规格33-34
• 2.1.2 实验仪器设备34
• 2.2 实验基本要素34-36
• 2.2.1 无水无氧条件34-35
• 2.2.2 除水方法35
• 2.2.3 正丁基锂的标定35
• 2.2.4 化合物的提纯35-36
• 2.3 分析表征36-37
• 2.3.1 红外光谱36
• 2.3.2 核磁共振波谱36
• 2.3.3 高分辨质谱36
• 2.3.4 相对分子量及其分布36
• 2.3.5 热失重36
• 2.3.6 差示扫描量热分析36-37
• 第三章 脲基硅烷的合成与表征37-71
• 3.1 (N-苯基-N'-四亚甲基脲)甲基乙烯基硅烷的合成与表征38-49
• 3.1.1 双(N-四亚甲基)氨基甲基乙烯基硅烷38-42
• 3.1.2 双(N-苯基-N'-四亚甲基脲)甲基乙烯基硅烷42-49
• 3.2 双(N-苯基-N'-四亚甲基脲)二甲基硅烷的合成与表征49-52
• 3.2.1 合成路线49
• 3.2.2 基本实验步骤49
• 3.2.3 结果与讨论49-52
• 3.3 双(N-苯基-N'-四亚甲基脲)甲基苯基硅烷的合成与表征52-56
• 3.3.1 合成路线52-53
• 3.3.2 基本实验步骤53
• 3.3.3 结果与讨论53-56
• 3.4 双(N-苯基-N’-四亚甲基脲)二苯基硅烷的合成与表征56-60
• 3.4.1 合成路线56
• 3.4.2 基本实验步骤56
• 3.4.3 结果与讨论56-60
• 3.5 双(N-苯基-N'-四亚甲基脲)甲基三氟丙基硅烷的合成与表征60-63
• 3.5.1 合成路线60
• 3.5.2 基本实验步骤60
• 3.5.3 结果与讨论60-63
• 3.6 双(N,N-二甲基-N’-苯基脲)二甲基硅烷的合成与表征63-67
• 3.6.1 合成路线63-64
• 3.6.2 基本实验步骤64
• 3.6.3 结果与讨论64-67
• 3.7 双(N,N-二乙基-N’-苯基脲)二甲基硅烷的合成与表征67-70
• 3.7.1 合成路线67
• 3.7.2 基本实验步骤67
• 3.7.3 结果与讨论67-70
• 3.8 本章小结70-71
• 第四章 脲基硅烷和硅醇缩聚制备交替的有机硅聚合物71-81
• 4.1 有机硅聚合物的合成72-74
• 4.1.1 基本实验步骤72-74
• 4.2 聚硅氧烷的结构表征74-78
• 4.3 有机硅聚合物的热性能分析78-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 结论81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 研究成果及发表的学术论文89-91
• 作者及导师简介91-93
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书93-94

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本文编号：833382