一种甲基羟基环硅氧烷及其制备方法

1.本发明涉及硅氧烷材料领域，具体是一种甲基羟基环硅氧烷及其制备方法。


背景技术：

2.以硅氧烷、硅烷作为原料制备的有机硅树脂，具有优良的耐腐蚀、抗老化、耐高低温及介电性能等特性，被广泛应用在航空航天、轻工纺织、电子电气、汽车船舶、医学、能源以及建筑等领域。
3.而与硅烷相比，甲基羟基环硅氧烷作为制备有机硅树脂的原料时更加具有优势。其主要表现如下：甲基羟基环硅氧烷本身具有一定的聚合度，无需复杂的化学构造过程，可制备具有高度交联结构的有机硅树脂材料，也进一步提高有机硅树脂的热稳定性，初始分解温度(分解率为5％时的温度)通常处于50～600℃之间。
4.与此同时，甲基羟基环硅氧烷作为原料制备的有机硅树脂还具有优良的抗辐射、阻燃和力学性能，已成为航空航天、核工业及新能源等前沿领域里不可或缺的高科技材料。
5.然而，甲基羟基环硅氧烷的羟基基团非常活泼，容易与其他羟基发生反应，在一定程度上提高了制备甲基羟基环硅氧烷的难度。目前本领域的技术人员对甲基羟基环硅氧烷材料的制备方法还鲜有研究。
6.现有技术中的水解-缩合法，即以甲基乙氧基二氯硅烷或甲基三乙氧基硅烷为原料制备甲基羟基环硅氧烷，产率通常为10～40％，制备得到的甲基羟基环硅氧烷纯度为35～80％之间。该制备方法具有以下缺点：第一，反应过程不易控制，会产生线型聚甲基硅氧烷产物，降低甲基羟基环硅氧烷的产率；第二，反应的聚合度难以精确调控，制备得到的甲基羟基环硅氧烷中通常含有多种结构，分离提纯困难，影响甲基羟基环硅氧烷的纯度，降低甲基羟基环硅氧烷在高精尖等高标准领域的应用范围；第三，制备工艺复杂，通常需要水解、催化缩合、封端、水洗、中和、离心、干燥、过滤、减压蒸馏及精馏等程序。
7.因此，研制一种新型的甲基羟基环硅氧烷制备方法，进一步提高甲基羟基环硅氧烷的产率和纯度，成为本领域亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

8.针对以上所述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有高纯度的甲基羟基环硅氧烷。
9.本发明的第二目的在于提供一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法。为了实现本发明目的，采用如下技术方案：一种甲基羟基环硅氧烷，其化学结构式如下：
[0010][0011]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，包括以下步骤：
[0012]
s1：按以下比例，量取5～50ml甲基环硅氧烷、1～30ml蒸馏水、200～1000ml溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；溶剂为甲醇、乙醇和/或四氢呋喃。
[0013]
s2：加入0.1～5g催化剂，催化剂为钯碳催化剂、碳纳米管-氧化铝复合载钯催化剂、钯铝催化剂、钯碳酸钙催化剂、钯硫酸钡催化剂、铂炭催化剂和/或钌碳催化剂；在0～30℃的条件下，搅拌反应1～6h，搅拌的转速为300r/min；
[0014]
s3：反应结束后，首先通过干燥剂除去多余的蒸馏水，干燥剂为无水硫酸镁和/或无水硫酸钠；然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂，最后通过减压蒸馏除去溶剂，所述减压蒸馏的温度为10～50℃，所述减压蒸馏的压强为-0.01～-0.1mpa，得到甲基羟基环硅氧烷。
[0015]
所述甲基环硅氧烷为1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷。
[0016]
所述甲基羟基环硅氧烷为1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷。
[0017]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018]
第一，本发明的制备方法是在催化剂的作用下，以甲基环硅氧烷、蒸馏水和溶剂反应制备甲基羟基环硅氧烷，该方法不会产生线型聚甲基硅氧烷产物，显著提高甲基羟基环硅氧烷的产率；
[0019]
第二，本发明的制备方法无需对反应过程中的聚合度进行调控，即可制备出具有单一结构的甲基羟基环硅氧烷，无需提纯分离，得到的甲基羟基环硅氧烷的纯度达到98.9％，可以广泛应用于航空航天、核工业等高精尖领域；
[0020]
第三，本发明的制备方法是在低温条件下进行反应，抑制了反应过程中羟基的活性，制备所得到的产物上保留了更多的反应型基团，显著提高甲基羟基环硅氧烷的反应活性；
[0021]
第四，本发明的制备方法工艺简单，易于操作，反应后仅需依次通过添加干燥剂、硅藻土过滤、减压蒸馏等技术手段就可以除去多余的水、催化剂、干燥剂和溶剂；
[0022]
第五，本发明的制备方法所使用的溶剂可回收循环使用，无污染。
附图说明
[0023]
图1为本发明制备的甲基羟基环硅氧烷的化学结构式；
[0024]
图2为本发明制备的甲基羟基环硅氧烷的实物图；
[0025]
图3为本发明制备的甲基羟基环硅氧烷的红外光谱图。
具体实施方式
[0026]
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。
[0027]
本发明的甲基羟基环硅氧烷的制备反应方程式为：
[0028][0029]
值得说明的是，本发明的甲基羟基环硅氧烷制备反应方程式中的反应物甲基环硅氧烷(优选1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷，可以选用上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产的w306017型1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷，其纯度为99.7％)通过催化剂作用在水和溶剂的环境中反应生成图1所示化学结构式的甲基羟基环硅氧烷。上述反应生成物的实物如图2所示，其红外光谱图如图3所示，从图3所示的结果中可以验证生成物为具有上述化学结构式的甲基羟基环硅氧烷，且本发明的甲基羟基环硅氧烷制备方法得到产率可以达到72.3～99.4％，纯度可以达到89.7～98.9％。
[0030]
实施例1
[0031]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钯碳催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.1mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为99.4％，纯度达到98.9％。
[0032]
实施例2
[0033]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钯碳催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.01mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为80.4％，纯度达到95.6％。
[0034]
实施例3
[0035]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取5ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、1ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入5g钯铝催化剂，在10℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应3h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强
为-0.05mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为74.4％，纯度达到95.4％。
[0036]
实施例4
[0037]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取30ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、330ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钯碳催化剂，在10℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为89.6％，纯度达到87.8％。
[0038]
实施例5
[0039]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钯碳催化剂，在0℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为98.6％，纯度达到98.4％。
[0040]
实施例6
[0041]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钯碳催化剂，在30℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为97.3％，纯度达到98.0％。
[0042]
实施例7
[0043]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.1g钯碳催化剂，在0℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应1h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为10℃，减压蒸馏的压强为-0.01mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为72.3％，纯度达到89.7％。
[0044]
实施例8
[0045]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.1g钯碳催化剂，在0℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应6h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为10℃，减压蒸馏的压强为-0.01mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为76.5％，纯度达到91.3％。
[0046]
实施例9
[0047]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水
依次加入到容器中；然后加入0.8g钯硫酸钡催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸钠除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为80.5％，纯度达到95.6％。
[0048]
实施例10
[0049]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、220ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g铂炭催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为90.6％，纯度达到97.6％。
[0050]
实施例11
[0051]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、10ml蒸馏水、500ml甲醇溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钌碳催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为87.1％，纯度达到96.7％。
[0052]
实施例12
[0053]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、20ml蒸馏水、800ml乙醇溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g钯碳酸钙催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为50℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为98.6％，纯度达到97.6％。
[0054]
实施例13
[0055]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取19ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、6.4ml蒸馏水、1000ml四氢呋喃溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.8g碳纳米管-氧化铝复合载钯催化剂，在20℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应2h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸镁除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为20℃，减压蒸馏的压强为-0.08mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为97.4％，纯度达到98.5％。
[0056]
实施例14
[0057]
一种甲基羟基环硅氧烷的制备方法，其步骤如下：量取50ml 1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四氢环硅氧烷、30ml蒸馏水、1000ml乙醇溶剂，将溶剂、甲基环硅氧烷和蒸馏水依次加入到容器中；然后加入0.1g钯硫酸钡催化剂，在30℃的条件下，以300r/min的转速搅拌反应1h；待反应结束后，首先通过干燥剂无水硫酸钠除去多余的蒸馏水，然后通过硅藻土过滤除去催化剂和干燥剂；最后通过减压蒸馏除去溶剂，减压蒸馏的温度为10℃，减压蒸馏的压
强为-0.01mpa，得到无色透明的甲基羟基环硅氧烷，产率为79.6％，纯度达到92.7％。
[0058]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案的构思所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均包含在本发明的保护范围之内。