脲基硅烷偶聯(lián)劑用作粘合助劑,通過(guò)被粘體的極性官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)相互作用而表現(xiàn)出有效地粘合性,可用于改善復(fù)合材料界面性能,增加無(wú)機(jī)/有機(jī)界面的粘接性,疏水性還可提高復(fù)合材料抗開(kāi)裂性。γ-脲丙基三乙氧基硅烷就是其中一種重要的硅烷偶聯(lián)劑，兼具脲基的反應(yīng)活性和硅烷的水解交聯(lián)特性。
目前y-脲丙基三乙氧基硅烷的合成主要有以下幾種方式,(1)在特殊的反應(yīng)設(shè)備中,低溫加壓下使異氰酸酯硅烷與氨氣反應(yīng);(2)使用過(guò)量的氨基甲酸酯與氨丙基硅烷在有機(jī)錫催化劑的作用下反應(yīng);(3)氨丙基硅烷與尿素在有機(jī)錫催化劑的作用下反應(yīng)。由于γ-脲丙基三乙氧基硅烷在常溫下為白色蠟狀物,沸點(diǎn)高不易純化,因此目前市售產(chǎn)品的純度大都在95%左右。γ-脲丙基三乙氧基硅烷可溶于乙醇、丙酮、甲苯等有機(jī)溶劑，遇水緩慢水解（水解產(chǎn)物為硅醇，易發(fā)生縮合反應(yīng)），與多數(shù)樹(shù)脂體系（如環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、酚醛樹(shù)脂）相容性良好。
合成方法
在裝有溫度計(jì)、冷凝管的250mL三口燒瓶中,加入尿素,氮?dú)獗Ｗo(hù)下,升溫至120℃時(shí),加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷后,控制氮?dú)饬魉偻瑫r(shí)將體系溫度升至135℃,反應(yīng)2h后,降溫至65℃,減壓下脫除生產(chǎn)的氨氣后,得到γ-脲丙基三乙氧基硅烷,經(jīng)核磁確認(rèn)結(jié)構(gòu)。
確定反應(yīng)條件為反應(yīng)物配比為γ-氨丙基三乙氧基硅烷∶尿素=1∶1.03,反應(yīng)時(shí)間為2h,反應(yīng)溫度為135℃,在該條件下γ-脲丙基三乙氧基硅烷的含量在99%以上[1]。
結(jié)構(gòu)表征[1]
1、紅外光譜分析
圖中,3338cm-1為γ-脲丙基三乙氧基硅烷脲基上N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰,1651cm-1處為C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰,1071cm-1處為Si-O-C的伸縮振動(dòng)吸收峰, 953 cm-1為-O-CH2CH3的振動(dòng)吸收峰。
2、γ-脲丙基三乙氧基硅烷的核磁H-NMR分析
γ-脲丙基三乙氧基硅烷的1H-NMR譜圖如圖。δ:0.61(m,2H),由于分子中的脲基和Si-O-CH2的氧原子易形成氫鍵,使a位上的氫產(chǎn)生多重峰;δ:1.2(m,9H)由于受脲基的影響,使Si-O-CH2CH3甲基上的氫產(chǎn)生多重峰;δ:1.6(m,2H)由于受a位和c位上亞甲基的影響使b位上氫產(chǎn)生多重峰;δ:3.1 (m,2H)由于受到脲基的影響,使c位上的氫產(chǎn)生 多重峰;δ:3.8(m,6H)由于分子中的脲基和Si-O-CH2的氧原子易形成氫鍵,使e位上的氫產(chǎn)生多重峰;δ:4.8 和5.3為脲基峰。
參考文獻(xiàn)
[1]車(chē)國(guó)勇,翟天元,李平,等. γ-脲丙基三乙氧基硅烷的制備及表征[J]. 化學(xué)研究與應(yīng)用,2015(1):110-112. DOI:10.3969/j.issn.1004-1656.2015.01.020.