用于纳米材料功能化改性的新型硅烷偶联剂制备研究

王 维，房冉冉，张 可

（中国石油大学胜利学院 机械与控制工程学院，山东 东营 257000）

用于纳米材料功能化改性的新型硅烷偶联剂制备研究

王 维，房冉冉，张 可

（中国石油大学胜利学院 机械与控制工程学院，山东 东营 257000）

用AEPH300和三乙氧基氢硅经硅氢加工制成新型硅烷偶联剂，用IR进行结构表征，并测定产物表面张力。结果表明，该新型硅烷偶联剂携带功能化活性R基团，能有效降低表面张力至33.8 mN/m。

硅烷偶联剂；实验条件；表面张力；仪器

纳米材料在光、电、磁、热等方面具有优异特性，但纳米材料易团聚，需要用硅烷偶联剂进行表面改性。硅烷偶联剂通式为RSiХ3，R为官能团。如果将R基团功能化，则可得到功能化的纳米材料。本文通过硅氢加成法将AEPH300的活性基团反应到Si（CH3CH2O）3H上，优化实验条件并测试产物表面张力，得到具有表面活性的新型硅烷偶联剂。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

仪器设备有DF-101S型集热式磁力搅拌器，SHZ（Ⅲ）型循环水式真空泵、Nicolet6700型傅立叶变换红外光谱仪、TХ500型旋滴界面张力仪。试验试剂包括异丙醇、六氯合铂酸、三乙氧基氢硅、AEPH300等。

1.2 试验步骤

1．2．1 Speier催化剂

取20 mL将0.964 6 g六氯合铂酸溶于无水异丙醇中，充分搅拌至完全溶解，所得溶液即Speier催化剂。避光并冷藏密封存放。

1．2．2 非离子-阴离子型烷氧基硅烷偶联剂

移取一定量的AEPH300和少量上述稀释过的Speier催化剂加入四口烧瓶中，接通N2，打开磁力搅拌，在一定温度下恒温1 h，逐滴滴加一定量的 Si（CH3CH2O）3H，反应一定时间。

表1 反应物配比对Si（CH3CH2O）3H的影响

1．2．3 转化率的测定

反应物的转化率用化学滴定法滴定未反应的Si-H键的量来测定。

2 试验结果分析

2.1 实验条件优化

2．1．1 反应物配比

反应物配比对Si（CH3CH2O）3H的影响如表1所示。

由表 1可知，当 n（AEPH300）∶n（Si（CH3CH2O）3H）=1.2时，Si-H的转化率达到最大值91.7%，进一步增加AEPH300量，转化率几乎不变，而且产物颜色由黄色变为褐色直至变黑。综合考虑，最佳反应物配比为1.2.

2．1．2 反应时间

当反应时间为5 h时，Si-H转化率达到最大值91.4%，通过观察发现，反应体系的颜色随反应时间的延长而加深，说明随着时间的增加，体系中的副产物越来越多。因此，最佳反应时间为5 h。

2．1．3 反应温度

当反应温度为85℃时，Si-H的转化率达到最大值91.3%，继续升高反应温度，转化率不但不升高，反而稍有降低，因此最佳反应温度为85℃。

2．1．4 催化剂加量

当催化剂加量为2 mL时，Si-H的转化率为91.3%，达到最大。直至催化剂加量增加到3 mL时，转化率降低至89.8%，综上所述，实验中选择催化剂加量为2 mL。

2.2 产物测试与表征

2．2．1 产物红外谱图表征

Si（CH3CH2O）3H、AEPH300和A光谱图如图1所示。图1在2 199 cm-1处的Si-H伸缩振动峰在目标产物A中未出现，说明Si（CH3CH2O）3H中的Si-H键已基本反应完全。而在2 981 cm-1处的C-H伸缩振动峰，1 395 cm-1处的甲基对称弯曲振动峰，1 109 cm-1处的C-O伸缩振动峰，965 cm-1处的Si-O-C的伸缩振动吸收峰，全部出现在目标产物A的谱图中。此外，在1 648 cm-1处的C=C双键伸缩振动峰，在目标产物A中几乎不存在，说明AEPH300中的双键也已基本反应完全。

图1 Si（CH3CH2O）3H、AEPH300和A光谱图

2．2．2 产物表面张力测试

通过配制一系列浓度的溶液，测定表面张力以表示该产物的表面活性。分析可知，新型硅烷偶联剂表现出优良的表面活性，可使表面张力降至33.8 mN/m。结果表明，实验通过硅氢加成法成功引入活性官能团——具有烷氧基链的R基团，合成了一种具有高活性的新型硅烷偶联剂。

3 结束语

硅烷偶联剂是一种分子 “连接剂”，广泛应用于表面处理领域。本论文通过硅氢加成法将具有表面活性的烷氧基链引入到三乙氧基氢硅上，制备出携带活性R基团的新型硅烷偶联剂，测试产物表面张力表明其具有优良的表面活性，在纳米材料的功能化改性方面具有很好的发展前景。

［1］张志焜，崔作林.纳米技术与纳米材料［M］.北京：北京大学出版社，2001.

［2］高镰，孙静，刘阳桥.纳米粉体的分散及表面改性［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［3］章基凯.有机硅材料［M］.北京：中国物质出版社，1999.

〔编辑：张思楠〕

O647.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.081

2095-6835（2017）24-0081-02