15396-00-6 / 3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷

【背景及概述】^[1][2][3]

硅烷偶聯劑是一類具有特殊結構的低分子有機硅化合物，其通式為 RSiX₃，式中R代表氨基、巰基乙烯基、環氧基、氯丙基、氰基，甲基丙烯酰氧基等基團，這些基團和不同的基體樹脂均具有較強的反應能力，X代表能夠水解的基團，如鹵素、烷氧基、酰氧基等。因此，硅烷偶聯劑既能與無機物中的羥基又能與有機聚合物中的長分子鏈相互作用，從而使兩種不同性質的材料偶聯起來，達到改善生物材料的性能的目的。含異氰酸酯的硅烷偶聯劑是一種新型的偶聯劑，它在表面處理有機材料及無機金屬時有非常優良的效果，特別是在玻璃纖維增強的復合材料、處理無機粉末填料及涂料油墨的增黏劑中都有顯著的效果。并且，含異氰酸酯的硅烷偶聯劑和含-CF₂O（CF₂O）-化合物反應后對玻璃表面處理后，可以使玻璃表面具有抗油、抗水等諸多優異的性能，使得含異氰酸酯的硅烷偶聯劑成為研究熱點。

3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，分子式C₇H₁₅NO₃Si，分子量189.28400，logP 0.40460，PSA 27.69000，是一種含有異氰酸酯基活性基團的硅烷偶聯劑，其作用是促進無機材料和有機材料之間的粘結性能。

3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷在粘合劑和密封劑中作為交聯劑和助粘劑使用。可以粘附于各種基底，常見的和不常見的；出眾的濕性粘附性能在玻璃、金屬和其他無機基底上；還可以較好的粘附于難以粘附的基底，如尼龍和其他塑料產品。在大氣濕度存在下可以快速水解，且具有非常好的熱穩定性、化學穩定性和UV穩定性。適合的聚合物：丙烯酸類、硅樹脂類(Si)、PU-預聚物等。廣泛用于高檔聚氨酯密封膠及改性聚氨酯樹脂、也可用作室溫硫化硅橡膠的增粘劑、清漆樹脂的組成成份等。

【結構】

【合成】^[1]

異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制備方法，方程式如下：

具體包括以下步驟：

1）將3-氨丙基三甲氧基硅烷、干燥的尿素、二甲亞砜、少量的原乙酸三甲酯投入到反應器中；

2）在攪拌的條件下加熱到體系到65～95℃，在真空-0.08～-0.09MPa反應脫氨氣，反應6～10小時，直到反應體系無明顯的氣泡冒出時停止抽真空，得；脲丙基硅烷與溶劑等物質的混合物；

3）向反應體系加入少量的催化劑，將98%含量的濃硫酸采用二甲基亞砜按1：0.5～0.8的質量比混合稀釋，得混合稀釋液，將該混合稀釋液緩慢地滴加到體系中攪拌反應，反應溫度控制在75～95℃，滴加時間控制在4～6h；

4）當體系PH值下降到6～7時停止滴加混合稀釋液；接著降溫到50℃以下，密封過濾除掉生成的銨鹽和其它固體物資；得；濾液，將濾液減壓精餾分離，得；3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷產品。

【應用】^[2][3]

3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷是一種帶有異氰酸酯基官能團的硅烷，該產品在粘合劑和密封劑中作為交聯劑和助粘劑使用。可以粘附于各種基底，常見的和不常見的；出眾的濕性粘附性能在玻璃、金屬和其他無機基底上；還可以較好的粘附于難以粘附的基底，如尼龍和其他塑料產品。在大氣濕度存在下可以快速水解，且具有非常好的熱穩定性、化學穩定性和UV穩定性。 適合的聚合物：丙烯酸類、硅樹脂類(Si)、PU-預聚物等。

例：一種耐熱耐磨聚氨酯材料，其原料包括：聚己二酸乙二醇酯 2000、2，4-甲苯二異氰酸酯、二羥甲基丙酸、六氟雙酚A、二鄰氯二苯胺甲烷、納米二氧化硅、3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基錫；其中，在耐熱耐磨聚氨酯制備過程中，取干燥后的聚己二酸乙二醇酯2000，通入氮氣，升溫，保溫攪拌，滴加2，4-甲苯二異氰酸酯的N-甲基吡咯烷酮溶液，繼續保溫攪拌，升溫，滴加二羥甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液，保溫攪拌，降溫，滴加六氟雙酚A的N-甲基吡咯烷酮溶液和二鄰氯二苯胺甲烷的N-甲基吡咯烷酮溶液，保溫攪拌，提純得到中間物料；向3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的N-甲基吡咯烷酮溶液中加入納米二氧化硅，超聲分散均勻，通入氮氣，升 溫，保溫攪拌，提純得到改性納米二氧化硅；通入氮氣，取中間物料的N-甲基 吡咯烷酮溶液，加入二月桂酸二丁基錫，升溫，滴加改性納米二氧化硅的N-甲 基吡咯烷酮溶液，保溫攪拌，提純得到耐熱耐磨聚氨酯材料。本發明選用六氟雙酚A和二鄰氯二苯胺甲烷為擴鏈劑，將氟基團引入中間物料中，大大增加了本發明的耐熱性、耐磨性和機械性能；六氟雙酚A和二鄰氯二苯胺甲烷適宜的比例，可以改善本發明的耐磨性和機械性能；聚己二酸乙二醇酯2000、2，4-甲苯二異氰酸酯和二羥甲基丙酸反應，將羧基引入中間物料，納米二氧化硅中的羥基和3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷中甲氧基反應得到改性納米二氧化硅，增加了納米二氧化硅的親油性，避免了納米二氧化硅的團聚使納米二氧化硅與中間物料均勻分散，從而進一步使改性納米二氧化硅中異氰酸基與中間物料中的羧基充分、均勻的反應，將納米二氧化硅和硅烷偶聯劑引入聚氨酯中，從而大大增加了本發明的耐熱性和耐磨性；納米二氧化硅、硅烷 偶聯劑、六氟雙酚A、二鄰氯二苯胺甲烷相互協調作用，大大增加了本發明的耐熱性、耐磨性和機械性能。

【主要參考資料】

[1] 李淑輝， 徐虹， 高峰， 等. 3-異氰酸丙基三乙氧基硅烷的合成研究[J]. 化學與粘合， 2017， 39(3)： 189-191.

[2] http：//baike.molbase.cn/cidian/50037.

[3] 王燦；靳軍；陳圣云；甘俊；甘書官 .一種3-異氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷的制備方法. CN201610140697.1，申請日 2016-03-14.

[4] 龔文祥. 一種耐熱耐磨聚氨酯材料. CN201510655432.0 ，申請日2015-10-09.