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有机硅材料的蓬勃发展,已经成为航空、高新技术、国防军工和国民经济各领域不可缺少的关键材料并被列为国家重点鼓励发展产业之一。目前,有机硅下游高附加值产品的开发是有机硅行业发展的重点之一。在有机硅产品开发中,使用了大量的石油化工产品,不利于能源的可持续发展。利用可再生的生物资源合成化学品是“绿色”化学工业发展的有效途径。
二氢月桂烯醇(2,6-二甲基-7-辛烯-2-醇)是一种大宗香料品种,它主要利用国内丰富的松脂、松节油等可再生资源提炼出的α-蒎烯和β-蒎烯经加氢、裂解及水合反应制得。本文从二氢月桂烯醇出发合成了含端羟基的长链硅烷偶联剂和聚醚改性三硅氧烷表面活性剂。
本文第一部分研究了Pt金属络合物(Pt-PMVS)催化二氢月桂烯醇与烷氧基硅烷的硅氢加成反应。此反应体系中除硅氢加成反应外还伴随有酯交换反应和脱氢反应等副反应。实验考察了溶剂、反应时间、反应温度以及Pt含量等因素对生成目标产物及副产物的影响,发现二氢月桂烯醇与三乙氧基硅的硅氢加成反应可以通过控制反应条件抑制副反应,并得到质量分数超过98%的[2,6-二甲基-8-(三乙氧基硅基)-2-辛醇]DHMS,总收率为69.7%。二氢月桂烯醇与三甲氧基硅烷硅氢加成时副反应很活泼,研究发现,很难获得较高纯度的目标产物2,6-二甲基-8-(三甲氧基硅基)-2-辛醇DHMMS。在Pt-PMVS催下,较短碳链的2-甲基-3-丁烯-2醇与三乙氧基硅烷之间主要为酯交换反应,其中酯交换产物(c2)的选择性高达95%左右。二氢月桂烯醇经三甲基氯硅烷保护后,与三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷硅的氢加成反应中均没有酯交换反应。
实验利用自制偶联剂DHMS与钛酸酯配成的复配偶联剂改性微硅粉,共混制备微硅粉/PP/PE,发现在微硅粉填充量为20%的情况下,经改性的微硅粉/PP/PE共混材料的弹性模量及弯曲强度分别为1697N/mm2和29.3Mpa,与未经改性的微硅粉/PP/PE共混材料相比,弹性模量提高了50%,弯曲强度提高将近1倍;与其它长链硅烷偶联剂相比,DHMS能更大幅度提高微硅粉/PP/PE共混材料的力学性能。
第二部分,将二氢月桂烯醇与环氧乙烷,环氧丙烷开环聚合得到二氢月桂烯醇聚醚改性产物,再与1,1,1,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷经硅氢加成反应合成五种二氢月桂烯型表面活性剂。并与市售三硅氧烷表面活性剂BD-3077对比,研究了它们的表面性能及酸碱稳定性。研究发现,只接有6个和12个EO链段的二氢月桂烯醇型表面活性剂能使水的表面张力降至最低(分别为22.49mN/m和22.77mN/m),略高于BD-3077(21.04mN/m),而引入3个PO链段的二氢月桂烯醇型表面活性剂溶液的表面张力均有不同程度的上升。二氢月桂烯醇型表面活性剂溶液在玻璃和PE薄膜表面的铺展力能均欠佳。
最后对比研究了二氢月桂烯醇型表面活性剂及BD-3077的酸碱稳定性。实验表明,二氢月桂烯醇型三硅氧烷表面活性剂具有更好的酸碱稳定性,其中PH=4的五种二氢月桂烯醇型表面活性剂的溶液在温度为30±1℃的环境中放置17d后,其表面张力变化很小,而BD-3077溶液在相同条件下,表面张力从21.11mN/m上升至51.63mN/m。