乙基官能化有机硅材料的合成与热力学性能研究

摘要

有机硅自身具有耐高低温、耐候性、电气绝缘性、生理惰性、低表面能等优良性能，因而有机硅产品不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等国民经济各部门。
　　空间环境的特殊性要求应用于航天工业的材料具备许多特殊的性能。有机硅材料可以耐受极限温度、在极端的环境及化学应力下保持稳定并且耐用，因此在我国航天工业中有着重要的地位。硅橡胶的耐高低温性能主要是由生胶结构和性能决定的，生胶结构和性能取决于聚合的单体。玻璃化转变和结晶转变是影响橡胶耐寒性的两个重要过程，由于玻璃化温度（Tg）远低于结晶温度（Tc），因此，保持硅橡胶较低的玻璃化温度并抑制其结晶过程，是提高硅橡胶耐寒性的关键。在聚硅氧烷分子中引入乙基(-C2H5)可破坏聚硅氧烷分子链的规整度，抑制其低温结晶，呈现出优越的耐低温性能。但乙基基团与甲基基团相比，其反应活性大故而对氧化反应比较敏感，聚硅氧烷的耐热性随乙基含量的增大而下降。众所周知，含苯基的有机硅材料具有耐高温、耐辐射、高折射等优点，因此，为了提高二乙基硅橡胶的耐热性，可用苯基硅氧链节部分取代乙基硅氧链节，由此可望获得耐高低温的宽温域聚合物材料。
　　本文以烷氧基硅烷为原料，通过钠缩合法制备乙基官能化单体，分离提纯后对其进行物化性能测定，以乙基苯基二乙氧基硅烷为原料制备含乙基苯基硅氧链节的聚硅氧烷。文章分为四个部分:
　　第一章分别阐述了有机烷氧基硅烷的结构和物化性质、乙基官能化单体的制备方法、乙基官能化有机硅材料的应用、化工热力学研究、有机硅聚合物的制备及热力学分析。
　　第二章以烷氧基硅烷为原料，通过钠缩合法（Wurtz-Fittig反应）制备了乙基苯基二乙氧基硅烷，乙基苯基二甲氧基硅烷两种有机硅单体。采用正交设计实验优选出最佳条件，并以此条件大量合成出有机硅粗产物，采用减压精馏的方式对其进行分离提纯。采用GC-MS对产物结构和纯度进行检测，采用核磁，红外等仪器进行结构表征和确认。
　　第三章采用密度-折射率联用仪分别测定了乙基苯基二乙氧基硅烷和乙基苯基二甲氧基硅烷的密度和折射率。利用斜式沸点仪分别测定了2.0～70Kpa范围内乙基苯基二乙氧基硅烷和乙基苯基二甲氧基硅烷的饱和蒸汽压。对测定的蒸气压饱和数据分别通过Antoine方程和Clarke& Glew方程进行了关联拟合，利用基团贡献法对一些临界参数进行了推算，并计算得到偏心因子。
　　第四章以乙基苯基二乙氧基硅烷为原料，与二甲基二乙氧基硅烷进行共水解得到了同时含乙基硅氧基和苯基硅氧基的聚硅氧烷混合物（水解油）;以四甲基氢氧化铵硅醇盐为催化剂并采用不同基团封端，制备得到相应的硅油，采用TGA对不同封端的含乙基苯基硅氧链节的聚硅氧烷进行了热性能的研究。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机烷氧基硅烷的结构与物化性质

1．2．1 有机烷氧基硅烷的结构

1．2．2 有机烷氧基硅烷的物理及化学性质

1．3 乙基官能化单体的合成

1．3．1 乙基氯硅烷的合成

1．3．2 乙基官能化烷氧基硅烷的合成

1．4 一些重要的乙基官能化材料的应用

1．4．1 乙基硅油

1．4．2 乙基硅橡胶

1．4．3 乙基三乙酰氧基硅烷

1．5 化工热力学的研究

1．5．1 相平衡热力学

1．5．2 物性估算方法

1．6 聚硅氧烷的制备及热动力学

1．6．1 聚硅氧烷的制备

1．6．2 热分析动力学研究

1．7 本文研究目标与内容

参考文献

第二章 乙基官能化烷氧基硅烷合成研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 乙基官能化单体的合成

2．2．3 乙基官能化单体的分离提纯

2．3 结构表征

2．3．1 乙基苯基二乙氧基硅烷结构表征

2．3．2 乙基苯基二甲氧基硅烷结构表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 最佳合成条件的确定

2．4．2 乙基苯基二乙氧基硅烷正交实验结果

2．4．3 乙基苯基二甲氧基硅烷正交实验结果

2．5 本章小结

参考文献

第三章 化合物物性数据测定及热力学研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 乙基苯基二乙氧基硅烷和乙基苯基二甲氧基硅烷密度与折射率的测定

3．2．3 乙基苯基二乙氧基硅烷和乙基苯基二甲氧基硅烷相平衡数据测定

3．2．4 装置可靠性和精确度的检查

3．3 结果与讨论

3．3．1 乙基苯基二乙氧基硅烷和乙基苯基二甲氧基硅烷的密度与折射率

3．3．2 乙基苯基z-L氧基硅烷和乙基苯基二甲氧基硅烷的饱和蒸汽压测定结果

3．3．4 沸点外推

3．3．5 偏心因子

3．4 结论

参考文献

第四章 聚乙基苯基硅氧烷的制备及性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 碱胶的制备

4．2．3 聚乙基苯基硅氧烷的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 硅油的分子量及分子量分布

4．3．2 不同封端基团对乙基苯基硅油热性能影响

4．3．3 不同封靖基团的聚乙基苯基硅氯烷的耐寒性能

4．4 本章小结

参考文献

结论与展望

附录 (部分产物谱图)

硕士期间工作成果