一种硅苯撑/碳硅烷化合物及其制备方法技术领域
本发明涉及有机硅领域，更具体地，涉及一种硅苯撑/碳硅烷化合物及其制备方法。
背景技术
聚硅氧烷被誉为“工业味精”，广泛应用于国民经济的各行各业。聚硅氧烷在高温下的老化有热降解和热氧化降解，热降解主要是由于聚硅氧烷主链上有未共用电子对的氧原子与邻近的具有3d空轨道的硅原子进行配位，在高温或催化剂的作用下发生成环降解；热氧化降解主要是由于侧链上有机基团的氧化，导致聚硅氧烷分子结构的破坏。大量研究表明，在聚硅氧烷主链上引入刚性的亚芳基，可显著提高聚合物的热稳定性，这是由于刚性的亚芳基能降低主链的成环降解倾向。
聚硅烷主链是由硅原子组成的一类聚合物，因硅具有低电负性和3d空轨道，使得主链的σ键易极化，σ电子可沿着Si-Si主链广泛离域，形成与大π键类似的σ共轭体系，因此赋予聚硅烷独特的光电导性、导电性及非线性光学等诸多特性，其特殊的结构及潜在的应用价值引起了研究人员的广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于创新性地把苯撑与硅烷结合在一起，形成硅苯撑/碳硅烷，该化合物是一种性能优异的耐高温光学电子材料，兼具苯撑的耐高温性能和硅烷的光学特性，高温降解时无毒性气体产生，对环境友好。
本发明公开的这一种硅苯撑/碳硅烷化合物具有如下分子结构式：
其中，R1独立地选自1~5个碳原子的烃基、取代烃基、芳基、取代芳基，R2独立地选自1~5个碳原子的烃基或取代烃基、芳基或含1~5个碳原子的烯基，R3独立地选自1~12碳原子的烃基或取代烃基、芳基或1~5个碳原子的烯基，n为1~50的整数。
本发明涉及的这一种硅苯撑/碳硅烷化合物的合成方法如下：
硅基苯撑单体：在通氮气或氩气的干燥反应器中加入光亮的镁屑，几粒单质碘，微热，缓慢搅拌，待碘升华后，加入少量二甲基硅烷，加入四氢呋喃与甲苯的混合溶液（四氢呋喃与甲苯的体积比为4:1~1:0），使之刚好淹没镁屑，待反应开始后，搅拌，滴加对二卤苯与二甲基硅烷的溶液（对二卤苯与二甲基硅烷溶于四氢呋喃与甲苯的混合溶液，四氢呋喃与甲苯的体积比为5:1~1:0），使反应保持微沸状态，滴完后，继续反应1~2h，然后升温至70~80℃，回流2~3h，冷却至室温，过滤，固体物质用石油醚洗2~3次，收集滤液，先常压蒸出低沸点溶剂，然后减压精馏，收集132~133℃/0.93kPa的馏分，即得所需硅基苯撑单体。反应方程式如下：
硅苯撑/碳硅烷化合物：
（1）钠缩法：在通氮气或氩气的干燥反应器中加入甲苯、钠粒，高速搅拌，加热至回流，将钠粒打成钠沙；然后滴加硅基苯撑单体的甲苯溶液，避光，滴加完毕后，加热回流10h，冷却至室温，抽滤，固体用甲苯洗涤，减压蒸出溶剂，即得端基为卤素或烷氧基的硅苯撑/碳硅烷化合物。
（2）格氏法：在通氮气或氩气的干燥反应器中加入光亮的镁屑，几粒单质碘，微热，缓慢搅拌，待碘升华后，加入四氢呋喃与乙醚的混合溶液（四氢呋喃与乙醚的体积比为4:1~1:0），使之刚好淹没镁屑，加入少量硅基苯撑单体，加热，待反应开始后，滴加硅基苯撑单体的四氢呋喃溶液，使反应保持微沸状态，滴完后，继续反应1~2h，然后升温至60~80℃，回流2~3h，冷却至室温，过滤，固体物质用甲苯洗2~3次，收集滤液，先常压蒸出低沸点溶剂，然后减压蒸出低沸点物质，即得端基为卤素或烷氧基的硅苯撑/碳硅烷化合物。
钠缩法或格氏法制得的端基为卤素或烷氧基的硅苯撑/碳硅烷化合物经水解/醇解、缩聚，即可制得本发明所需的硅苯撑/碳硅烷化合物。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细说明。
本发明包括的如下结构式的端乙烯基硅苯撑/碳硅烷聚合物，其结构式如下：
第一步：对-二（二甲基-氯硅基）苯的合成，其结构式如下：
装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗及通气装置的1000ml四口瓶，先用无水氮气将上述装置进行干燥处理，加入21g光亮的镁屑及几粒单质碘，微热，缓慢搅拌，待碘升华后，加入10g对二溴苯及30ml无水四氢呋喃，通氮气，微热，滴加反应物（90g对二溴苯、112.6g二甲基二氯硅烷溶于150ml四氢呋喃），控制滴加速度，使反应保持微沸状态，约3~4h滴完，回流4h。反应完全后，常压蒸出四氢呋喃，冷却，用石油醚充分洗涤灰白色固体2~3次，每次150ml，抽滤，合并滤液，先常压蒸出石油醚，再减压精馏收集130~135℃/0.85kPa馏分，得到的无色透明液体即为对-二（二甲基-氯硅基）苯。
第二步：端氯硅苯撑/碳硅烷聚合物的制备，其结构式如下：
在装有电磁搅拌器、回流冷凝管、恒压滴液漏斗及温度计的500ml四口瓶中通氮气保护，加入150ml甲苯，15.8g钠，高速搅拌加热至回流，把钠打成钠沙；在避光条件下，滴加100g对-二（二甲基-氯硅基）苯与100ml甲苯的混合液，约1h滴完，滴完后继续加热回流10h，冷却至室温，抽滤，固体用100ml甲苯洗涤，合并滤液，减压蒸除溶剂，得到的无色透明液体即为10个聚合度的端氯硅苯撑/碳硅烷聚合物。
第三步：端乙烯基硅苯撑/碳硅烷聚合物的制备，其结构式如下：
在装有电磁搅拌器、温度计、回流冷凝管及恒压滴液漏斗的250ml四口瓶中，加入50g上述10个聚合度的端氯硅苯撑/碳硅烷聚合物及100ml甲苯，4.7g二乙烯基四甲基二硅氧烷，0.21g浓硫酸，升温至70℃，滴加0.9g去离子水，滴完后继续反应4~5h，降至室温，水洗至中性，减压蒸除溶剂及小分子物质，即得所需10个链节的端乙烯基硅苯撑/碳硅烷聚合物。