武汉东湖学院 生命科学与化学学院 湖北武汉430212
摘要：功能型的硅烷偶联剂在今天的应用日益广泛，产品供不应求，价格昂贵。硅烷偶联剂同时含有亲有机的碳官能团和亲无机的硅官能团，能在无机与有机界面之间形成分子架桥，从而起到化学增粘、增强、增容、改变复合材料性能的作用。本论文研究是利用一种更加简便、快捷的合成方法合成一种新的功能型的硅烷偶联剂，把氨基酸引入到固定相表面，通过将氨基酸引入到硅烷偶联剂上，再与硅胶反应来合成氨基酸固定相。氨基酸是一种非常常见的亲水物质，和异氰酸基的反应合成氨基酸功能偶联剂。通过实验，验证氨基酸和和异氰酸基的反应能合成氨基酸功能偶联剂并能制得高产率的氨基酸功能化硅烷偶联剂。
关键字： 氨基酸 功能性硅烷偶联剂 合成 异氰酸基
1.引言
1.1 选题目的及意义
功能型的硅烷偶联剂在今天的应用日益广泛，产品供不应求，价格昂贵。硅烷偶联剂同时含有亲有机的碳官能团和亲无机的硅官能团，能在无机与有机界面之间形成分子架桥，从而起到化学增粘、增强、增容、改变复合材料性能的作用。但是随着目前工业需求的不断增加，现有硅烷偶联剂已经不能满足需求。为了得到新型硅烷偶联剂，利用新的合成方法合成功能型的硅烷偶联剂以及寻找一种更加简便、快捷的方法来合成氨基酸硅烷偶联剂。文章通过实验，验证氨基酸和和异氰酸基的反应能合成氨基酸功能偶联剂并能制得高产率的氨基酸功能化硅烷偶联剂，以期弥补了在这一方面技术的不成熟，从而能够为以后的研究能更好的开展提供了由实验依据的证明。
1.2课题方法与创新点
本文利用了氨基酸和异氰酸基能合成氨基酸功能化硅烷偶联剂，主要利用了氨基酸的亲水性，极性大，非常适合作合成亲水固定相的反应单体的特点。它的实验条件温和，操作简单，原料易得，非常适用于生产，大大的改善了实验条件。
2.功能型硅烷偶联剂的定义及应用
2.1 功能型硅烷偶联剂的定义
功能型硅烷偶联剂最早发现于20世纪中期，作为玻璃纤维的处理剂参与到玻璃纤维增强塑料的制备中，开发至今已产生上百种不同功能的硅烷偶联剂，作为有机硅产品其发展十分迅速。功能型硅烷偶联剂是一类同时具有两种不同化学基团的有机硅化合物，通式可表示为Y（CH 2）SiX3 ,含有可水解的基团X与功能基团Y，功能型硅烷偶联剂起到了桥梁作用，在有机物质与无极物质的界面担任分子桥，把 这两种性质不同的材料连接粘合在一起，提高复合材料的整体性能并增加材料间的黏着强度。
2.2 功能型硅烷偶联剂的应用
硅烷偶联剂可用于增加树脂或者玻璃纤维的粘合性能，在加入硅烷偶联剂产生复合材料时，显著的提升了玻璃纤维复合材料的各种性能，如机械性能、抗水性能、抗气候性能、电气性能等，是硅烷偶联剂最主要的消耗途径，在形成玻璃纤维复合材料时经常使用的硅烷偶联剂为氨基硅烷、乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
硅烷偶联剂还可以用作填充塑料，改善填料在树脂中的粘合性能与分散性能，是无机填料与树脂之间更为相容，改善了填充塑料的机械性能、抗气候性能、电气性能等。使用方法为预先表面处理填料，或者直接填充到树脂当中去。
硅烷偶联剂作为连接有机材料与无机材料的分子桥，解决了一些材料无法粘接的问题，如硅橡胶与金属、硅橡胶与有机玻璃等。硅烷偶联剂可以显著提高这些材料的粘接强度、抗气候性能、抗水性、电气性能等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆硅烷偶联剂可以作为涂料的增粘剂表面处理骨架材料使其粘性增加更容易粘接无机材料与有机材料，硅烷偶联剂也可直接加入到粘接剂中，也可直接加入到高分子的材料中。
2.3 功能型硅烷偶联剂的用法
硅烷偶联剂可预处理填料，在固体搅拌机中的填料表面喷洒功能性硅烷偶联剂，高转速搅拌，使其分散性能达到最佳，搅拌10-3min后，在120℃条件下烘干2h。
硅烷偶联剂水溶液调节pH后，充分搅拌使硅烷水溶液呈现透明状态，加入玻璃纤维表面处理剂的其它成分，如成膜剂、表面活性剂、水、抗静电剂。在充分搅拌后，喷洒在拉丝过程中的玻璃纤维上，干燥后除去多余的水溶液与水分。
硅烷偶联剂也可通过涂抹、刷、喷、浸渍等处理方法处理于乣处理的材料表面，在室温下烘干24h，或者在120℃烘烤15min，完成晾干。
3.氨基酸功能型硅烷偶联剂的合成
首先要把氨基酸引入到固定相表面，通过将氨基酸引入到硅烷偶联剂上，再与硅胶反应来合成氨基酸固定相，而氨基酸是一种非常常见的亲水物质，和异氰酸基的反应合成氨基酸功能偶联剂，能制得高产率的氨基酸功能化硅烷偶联剂 。氨基酸与异氰酸基的反应为胺化反应，进而形成了氨基酸固定相。
以异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷为原料，与氨基酸发生胺化反应，在冷凝管、温度计与搅拌器的三口烧瓶中反应，加入氨基酸后，进行加热搅拌，加入异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷后在200℃加热回流反应5.5h，冷却过滤出去多余的氨基酸，对滤液进行减压蒸馏。
用此方法制备的氨基酸硅烷偶联剂，方法简单，能够较为明显的降低生产成本，且产量可达到70%的产率，产量相对较高，可用于氨基酸功能性硅烷偶联剂的大量生产。实验条件温和，操作简单，原料易得，非常适用于生产，显著的改善了实验条件。
4.氨基酸功能型硅烷偶联剂的应用
功能型的硅烷偶联剂在今天的应用日益广泛，产品供不应求，价格昂贵。硅烷偶联剂同时含有亲有机的碳官能团和亲无机的硅官能团，能在无机与有机界面之间形成分子架桥，从而起到化学增粘、增强、增容、改变复合材料性能的作用。而氨基酸功能性硅烷偶联剂出了具有硅烷偶联剂的作用外，因其具备亲水性的氨基酸固定相，极性大，非常适合作合成亲水固定相的反应单体。因其产量高、生产成本低，可用于企业大规模生产，有显著的经济价值。目前，氨基酸功能性硅烷偶联剂已经在塑料制品挠曲强度以及纺织工业的柔软剂等方面具有十分显著的用途。此外，我国科学家通过氨基酸修饰的硅烷偶联剂已经取得了较大的突破，黄长根等人合成的N--乙烯基苄基--N--氨乙基一γ氨丙基多聚三甲氧基硅烷氢化醋酸酯不仅仅具有良好的保湿型而且具有较好的表面均质性，在有机以及无机溶剂中都有较好的溶解性。此外，该类硅烷偶联剂还能有效的避免传统偶联剂烘干过程中产生的微爆炸现象。
5.总结
随着工业需求的不断加大，目前现有种类的硅烷偶联剂已经远远不能满足人们需求。因此新型功能性的偶联剂在产业上具有十分迫切的需求。为了缓解这一现象，文章针对于氨基酸改性的硅烷偶联剂进行探讨，以期能够系统的阐述氨基酸型功能硅烷偶联剂的基本信息以及作用机理。结果显示，用此方法制备的氨基酸硅烷偶联剂，方法简单，能够较为明显的降低生产成本，且产量可达到70%的产率，产量相对较高，可用于氨基酸功能性硅烷偶联剂的大量生产，为氨基酸硅烷偶联剂的产业化应用奠定了理论基础。
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论文作者:康琦
论文发表刊物:《知识－力量》2017年12月下
论文发表时间:2018/4/11
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