本申请是申请日为2008年3月6日、申请号为200880014746.0(PCT/US2008/003049)、题目为“环氧基硅烷、其制备方法和包含它的可固化组合物”的发明专利申请的分案申请。
发明背景
本发明涉及环氧基硅烷，其制备方法，包含环氧基硅烷的可固化组合物和环氧基硅烷的应用。
已知的环氧基硅烷例如3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷尤其可用作粘合促进剂、涂料和交联剂。环氧基硅烷的许多这些和其他用途受益于较高的粘合强度、较好的抗环境性和更加可控的固化时间。认为独立地控制环氧基和可水解的甲硅烷基的反应性和可固化的环氧基硅烷的极性对于获得这些所需的最终使用特征来说是关键的。已知的环氧基硅烷化合物常常不具有所需的与基底的反应性或粘合性。因此，需要具有可控反应性和比已知环氧基硅烷好的粘合性能的环氧基硅烷。
尽管许多环氧基硅烷化合物是已知的，但迄今为止不具有同时拥有环氧基和甲硅烷基官能度二者且含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的至少一个羰基连接基团的环氧基硅烷，且至少一个这样的杂原子是氮。现已发现，提供具有至少一个这样的羰基连接基团的环氧基硅烷导致它的一种或多种性能，例如前面所述的性能的改进。
发明内容
根据本发明，提供一种环氧基硅烷，所述环氧基硅烷含有至少一个环氧基、至少一个可水解的甲硅烷基和含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的羰基的一个或多个连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮，不存在其中环氧基和可水解的甲硅烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上的这种连接基团。
此外，根据本发明，为了制备此处的环氧基硅烷，提供许多合成方法。
认为在本发明的环氧基硅烷内存在一个或多个前述的连接基团会控制环氧基和可水解的甲硅烷基的反应性，且附加优势是环氧基硅烷例如作为粘合促进剂、涂料中间体和交联剂的应用。当这些连接基团相对紧密地邻近环氧基硅烷中的环氧基和可水解的甲硅烷基时，它们倾向于增加这些基团的反应性。除了这一增加的反应性以外，存在一个或多个前述羰基-杂原子连接基团大大地拓宽了环氧基硅烷的结构范围，从而使得这些化合物的分子设计具有相当大的灵活性，结果提供对针对特定应用来说它们的功能性能的较大控制。
此处所使用的术语“环氧基”应当理解为包括含有至少一个环氧基环或环硫基环的化合物。因此，术语“环氧基硅烷”应当理解为这样的化合物，该化合物包括具有至少一个环氧基环和/或环硫基环，至少一个可水解的甲硅烷基和含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的羰基的一个或多个连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮，不存在其中环氧基和可水解的甲硅烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上的这种连接基团。前述连接基团包括下述结构：
它们中的一种或多种可存在于本发明的环氧基硅烷内。
此处结合本发明的环氧基硅烷所使用的措辞“环氧基和可水解的甲硅烷基直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上”是指可水解的甲硅烷基和环氧基通过任选地含有氧、硫或氮杂原子的羰基键合到连接基团的不同杂原子上，和因此可水解的甲硅烷基和环氧基通过连接基团中的羰基彼此隔开。
本发明包括：
1.一种环氧基硅烷，所述环氧基硅烷含有至少一个环氧基、至少一个可水解的甲硅烷基和含有键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的羰基的一个或多个连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮，不存在其中环氧基和可水解的甲硅烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上的这种连接基团。
2.项1的环氧基硅烷，其具有通式(1)：
其中R1每次出现时独立地为氢或含1－6个碳原子的烷基；
R2每次出现时独立地为氢或含1－12个碳原子，和任选的至少一个氧和/或硫原子的烃基，其选自单价烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基；二价亚烷基、亚烯基、亚烷芳基、亚芳基和亚芳烷基，其中R2中的一个碳原子共价键合到环氧环中的碳上，和R2中相同或不同的碳原子共价键合到R3或R4中的碳原子上，形成环状脂族结构；和多价烃基，其中R2中的至少一个碳原子共价键合到环氧环的碳原子上，和R2中相同或不同的碳原子与R3或R4中的碳原子形成至少两个共价键或者与R3和R4二者形成至少一个共价键，以便形成双环或多环的脂族结构；
R3每次出现时独立地为氢或含1－12个碳原子，和任选的至少一个氧和/或硫原子的烃基，其选自单价烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基；二价亚烷基、亚烯基、亚烷芳基、亚芳基和亚芳烷基，其中R3中的一个碳原子共价键合到环氧环中的碳原子上，和R3中相同或不同的碳原子共价键合到R2或R4中的碳原子上，形成环状脂族结构；和多价烃基，其中R3中的一个碳原子共价键合到环氧环的碳原子上，和R3中相同或不同的碳原子与R2或R4中的碳原子形成至少两个共价键，或者与R2和R4二者形成至少一个共价键，以便形成双环或多环的脂族结构；
R4每次出现时独立地为含最多12个碳原子，和任选的至少一个氧或硫原子的二价或多价烃基，其选自二价亚烷基、亚芳烷基、烷芳基、亚芳基和亚芳烷基；和多价烃基，其中R4中的一个碳原子与环氧环中的碳原子形成共价键，R4中的相同或不同碳原子与键合到羰基上的氮、氧或硫杂原子形成化学键，和R4中的相同或不同碳原子与R2或R3中的碳原子形成至少一个共价键，以形成双环或多环结构或者含2－12个碳原子和选自氧或硫中的至少一个杂原子的杂烃基；
R5每次出现时独立地为通过取代烷基、链烯基、烷芳基、芳基或芳烷基上的至少一个氢得到的二价或多价烃基，其含有最多24个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子；或二价或多价有机聚合物基团；
R6每次出现时独立地为含最多12个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子的二价亚烷基、亚烯基、亚烷芳基、亚芳基或亚芳烷基；
X1每次出现时独立地选自R7O-、R7C(=O)O-、R72C=NO-和R72NO-，其中R7各自独立地选自氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基，其中R7在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子；
X2和X3每次出现时独立地选自R8、R8O-、R8C(=O)O-、R82C=NO-和R82NO-，其中R8各自独立地选自氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基，其中R8在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子；
A1每次出现时独立地选自二价氧(-O-)或硫(-S-)；
A2每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR9-的取代氮，其中R9独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R9在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A2为氧或硫时，以下A3为-NR10-；
A3每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR10-的取代氮，其中R10各自独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R10在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A3为氧或硫时，A2为-NR9-；
A4每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR11-的取代氮，其中R11各自独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R11在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A4为氧或硫时，以下A5为-NR12-；
A5每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR12-的取代氮，其中R12为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R12在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A2为氧或硫时，则A4为-NR11-；和
下标m、n、x、y和z每次出现时独立地为整数，其中m为1－6，n为1－6，x为1－6，y为0或1，和z为0或1，条件是y+z等于或大于1。
3.项2的环氧基硅烷，其中A4是氧或硫，A5是-NH-，m为1，x为1－6，y为0和z为1。
4.项2的环氧基硅烷，其中R5是通过取代烷基、链烯基、烷芳基、芳基或芳烷基上的至少一个氢得到的二价或多价烃基，其含有最多24个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子。
5.项2的环氧基硅烷，其中A2是氧或硫，A3和A4各自为-NH-，A5是硫或-NR12-，其中R12为含1－18个碳原子的烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，x为1－6，y为1，z为1，m为1－6，和n为1－6。
6.项2的环氧基硅烷，其中A1和A2是氧，A3是-NH-，x为1－6，y为1，z为0，m为1－6，和n为1－6。
7.项3的环氧基硅烷，其中R1、R2和R3各自为氢，R4、R5和R6各自为相同或不同的二价烃基，A1和A4是氧，X1是-OR7，其中R7是烷基，X2和X3各自独立地为R8或-OR8，其中R8是烷基，x为1和n为1。
8.项7的环氧基硅烷，其中R4、R5和R6各自为相同或不同的亚烷基，和R7与R8独立地为甲基或乙基。
9.项8的环氧基硅烷，其中X2和X3各自为相同或不同的-OR8基。
10.项5的环氧基硅烷，其中R1、R2和R3各自为氢，R4、R5和R6各自为相同或不同的二价烃基，A1和A2是氧，X1是-OR7，其中R7是烷基，X2和X3各自独立地为R8或-OR8，其中R8是烷基，x为1，m为1和n为1。
11.项10的环氧基硅烷，其中R4、R5和R6各自为相同或不同的亚烷基，和R7与R8独立地为甲基或乙基。
12.项11的环氧基硅烷，其中X2和X3各自为相同或不同的-OR8基。
13.项6的环氧基硅烷，其中R1、R2和R3各自为氢，R4、R5和R6各自为相同或不同的二价烃基，X1是-OR7，其中R7是烷基，X2和X3各自独立地为R8或-OR8，其中R8是烷基，x为1，m为1和n为1。
14.项13的环氧基硅烷，其中R4、R5和R6各自为相同或不同的亚烷基，和R7与R8独立地为甲基或乙基。
15.项14的环氧基硅烷，其中X2和X3各自为相同或不同的-OR8基。
16.项1的环氧基硅烷，其选自N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；3-三乙氧基甲硅烷基丙基-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基十九烷基酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]环氧乙烷基乙酯；碳酸1,1-二甲基乙基3-[[[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]氨基]羰基]氧基]环氧乙烷基苯酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-3-苯基-2-丙烯酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-3,3-二苯基-3H-萘并[2,l-b]吡喃-9-基酯；[3-(乙氧基二甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(二乙氧基甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,3,5-苯三基三(亚甲基)酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,3,5-苯三基三(亚甲基)酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-苯基甲酯；[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基乙酯；[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,1-二甲基乙酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,1-二甲基乙酯；[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基乙酯及其组合。
17.项1的环氧基硅烷，其选自(3,4-双-环氧乙烷基甲氧基羰基氨基-苯基)-氨基甲酸2-(二甲氧基-甲基-硅烷基)-乙酯；[3-(二乙氧基-甲基-硅烷基)-丙基]-氨基甲酸3-环氧乙烷基甲基氨基甲酰基氧基-2-环氧乙烷基甲基氨基甲酰基氧基甲基-丙酯；[3-(三乙氧基硅烷基)-丙基]-氨基甲酸2-环氧乙烷基甲氧基-l-环氧乙烷基甲氧基甲基-乙酯；(3-三乙氧基硅烷基-丙基)-氨基甲酸3-环氧乙烷基甲氧基-2-环氧乙烷基甲氧基甲基-2-(3-三乙氧基硅烷基-丙基氨基甲酰基氧基甲基)-丙酯；(2-{2-[2-(2-环氧乙烷基甲氧基羰基氨基-乙氧基)-乙氧基]-3-[(3-三乙氧基硅烷基-丙基氨基甲酰基)-甲氧基]-丙氧基}-乙基)-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯及其组合。
18.一种可固化组合物，其包括至少一种项1的环氧基硅烷和选自下述中的至少一种额外的组分：填料、粘合促进剂、含水溶剂、有机溶剂、润湿剂、表面活性剂、有机树脂成膜剂、其他有机基硅烷、施胶剂、触变剂、抗静电剂、抗氧化剂、UV光稳定剂、湿气清除剂、金属氧化物、催化剂和酸性pH改性剂。
19.项18的可固化组合物，其中填料是选自化学惰性的无机填料、表面-反应性无机填料、吸附性无机填料和吸附性有机聚合物填料中的至少一种粒状材料。
20.项18的可固化组合物，其被配制为涂料、金属表面处理剂、转化型涂料、溶胶－凝胶、粘合剂、橡胶、玻璃纤维施胶剂、封装化合物或密封剂。
21.项1的环氧基硅烷，其通过一种方法生产，所述方法包括使环氧基醇与异氰酸酯基硅烷反应。
22.项1的环氧基硅烷，其通过一种方法生产，所述方法包括使环氧基醇与多异氰酸酯反应得到环氧基异氰酸酯，和使环氧基异氰酸酯与仲氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应得到环氧基硅烷。
23.项22的环氧基硅烷，其中所述多异氰酸酯具有有不同反应性的异氰酸酯基。
24.项23的环氧基硅烷，其中所述多异氰酸酯是选自TDI、IPDI和TMDI中的至少一种二异氰酸酯。
25.项1的环氧基硅烷，其通过一种方法生产，所述方法包括使多异氰酸酯与氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应得到异氰酸酯基硅烷，和使异氰酸酯基硅烷与环氧基醇反应得到环氧基硅烷。
26.项25的环氧基硅烷，其中多异氰酸酯具有有不同反应性的异氰酸酯基。
27.项26的环氧基硅烷，其中多异氰酸酯是选自TDI、IPDI和TMDI中的至少一种二异氰酸酯。
28.项1的环氧基硅烷，其通过一种方法生产，所述方法包括使环氧基醇与烯键式不饱和异氰酸酯反应得到烯键式不饱和环氧化物，和使该烯键式不饱和环氧化物与氢化烷基烷氧基硅烷反应得到环氧基硅烷。
29.项1的环氧基硅烷，它通过一种方法生产，所述方法包括在烯键式不饱和醇存在下，使卤代烃基硅烷与氰酸盐反应，得到烯键式不饱和烷氧基硅烷，和环氧化该烯键式不饱和烷氧基硅烷，得到环氧基硅烷。
30.项1的环氧基硅烷，它通过一种方法生产，所述方法包括在烯键式不饱和醇存在下，使卤代烃基硅烷与氰酸盐反应，得到烯键式不饱和烷氧基硅烷，和环氧化该烯键式不饱和烷氧基硅烷，得到环氧基硅烷。
31.生产项1的环氧基硅烷的方法，包括使环氧基醇与异氰酸酯基硅烷反应。
32.生产项1的环氧基硅烷的方法，包括使环氧基醇与多异氰酸酯反应得到环氧基异氰酸酯，和使环氧基异氰酸酯与仲氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应得到环氧基硅烷。
33.项32的方法，其中所述多异氰酸酯具有有不同反应性的异氰酸酯基。
34.项33的方法，其中所述多异氰酸酯是选自TDI、IPDI和TMDI中的至少一种二异氰酸酯。
35.生产项1的环氧基硅烷的方法，它包括使多异氰酸酯与氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，得到异氰酸酯基硅烷，并使异氰酸酯基硅烷与环氧基醇反应，得到环氧基硅烷。
36.项35的方法，其中所述多异氰酸酯具有有不同反应性的异氰酸酯基。
37.项36的方法，其中所述多异氰酸酯是选自TDI、IPDI和TMDI中的至少一种二异氰酸酯。
38.生产项1的环氧基硅烷的方法，包括使环氧基醇与烯键式不饱和异氰酸酯反应得到烯键式不饱和环氧化物，和使该烯键式不饱和环氧化物与氢化烷基烷氧基硅烷反应得到环氧基硅烷。
39.生产项1的环氧基硅烷的方法，包括在烯键式不饱和醇存在下，使卤代烃基硅烷与氰酸盐反应，得到烯键式不饱和烷氧基硅烷，和环氧化该烯键式不饱和烷氧基硅烷，得到环氧基硅烷。
具体实施方式
本发明的环氧基硅烷具有通过桥连基团连接在一起的至少一个环氧基和/或环硫基和至少一个可水解的甲硅烷基，所述桥连基团具有含键合到选自氧、硫和氮中的杂原子上的羰基的一个或多个连接基团，其中至少一个这样的杂原子是氮，不存在其中环氧基和可水解的甲硅烷基都直接或间接键合到连接基团内的相同氮杂原子上的这种连接基团。
环氧基和环硫化物官能团能与较大量的有机基官能团，例如亲核体、亲电体和自由基反应，所述亲核体包括下述非限定性实例：醇盐、羧酸盐、硫醇盐、碳阴离子和类似物，所述亲电体包括下述非限定性实例：金属离子、酸酐、酸和类似物，所述自由基包括下述非限定性实例：碳自由基、氧自由基、硫自由基和类似的自由基。环氧基和环硫化物反应性的宽范围使得这些基团能够参与大量的固化化学、胶印(graphing)化学和聚合化学。
可水解的甲硅烷基与湿气反应，生成硅烷醇，硅烷醇自身缩合，形成硅氧烷，硅氧烷与表面氧化物和表面羟基反应，形成硅-氧-金属键，或硅-氧-非金属键。可水解的甲硅烷基的水解和缩合化学使得这些化合物适合用于交联树脂和聚合物或者粘结有机树脂和聚合物到无机表面上。
如前所述，当前述类型的含羰基的连接基团相对紧密地邻近环氧基硅烷中的环氧基和可水解的甲硅烷基时，它可具有增加这些基团反应性的所需效果。除了任何这种增加的反应性以外，一个或多个前述羰基-杂原子连接基团的存在给合成结构与性能高度变化的环氧基硅烷提供显著的自由度和灵活性。由于这些连接基团是极性的，因此此处的环氧基硅烷显示出在极性溶剂内较好的溶解度，从而拓宽了其应用并改进了它们对表面的粘合性。
本发明的环氧基硅烷非常适合应用于粘合剂、涂层、密封剂、封装化合物(potting compound)、表面改性、填充的复合材料、铸造芯、玻璃纤维施胶剂(size)和整理剂(finish)、处理过的矿物和其中需要尤其在金属基底上具有良好的粘合特征的可固化、高强度、耐溶剂的涂层的其他应用。
要理解此处所述的所有范围包括在其间的所有子范围。还要理解，一组成员的所有列举可进一步包括该组中任何两个或更多个成员的结合。
在一个实施方案中，本发明的环氧基硅烷是通式(1)的那些：
其中R1每次出现时独立地为氢或含1－6个碳原子的烷基；
R2每次出现时独立地为氢或含1－12个碳原子，和任选的至少一个氧和/或硫原子的烃基，其选自单价烷基、链烯基、烷芳基(arenyl)、芳基和芳烷基；二价亚烷基、亚烯基、亚烷芳基、亚芳基和亚芳烷基，其中R2中的一个碳原子共价键合到环氧环中的碳上，和R2中相同或不同的碳原子共价键合到R3或R4中的碳原子上，形成环状脂族结构；和多价烃基，其中R2中的至少一个碳原子共价键合到环氧环的碳原子上，和R2中相同或不同的碳原子与R3或R4中的碳原子形成至少两个共价键或者与R3和R4二者形成至少一个共价键，以便形成双环或多环的脂族结构；
R3每次出现时独立地为氢或含1－12个碳原子，和任选的至少一个氧和/或硫原子的烃基，其选自单价烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基；二价亚烷基、亚烯基、亚烷芳基、亚芳基和亚芳烷基，其中R3中的一个碳原子共价键合到环氧环中的碳原子上，和R3中相同或不同的碳原子共价键合到R2或R4中的碳原子上，形成环状脂族结构；和多价烃基，其中R3中的一个碳原子共价键合到环氧环的碳原子上，和R3中相同或不同的碳原子与R2或R4中的碳原子形成至少两个共价键，或者与R2和R4二者形成至少一个共价键，以便形成双环或多环的脂族结构；
R4每次出现时独立地为含最多12个碳原子，和任选的至少一个氧或硫原子的二价或多价烃基，其选自二价亚烷基、亚芳烷基、烷芳基、亚芳基和亚芳烷基；和多价烃基，其中R4中的一个碳原子与环氧环中的碳原子形成共价键，R4中的相同或不同碳原子与键合到羰基上的氮、氧或硫杂原子形成化学键，和R4中的相同或不同碳原子与R2或R3中的碳原子形成至少一个共价键，以形成双环或多环结构或者含2－12个碳原子和选自氧或硫中的至少一个杂原子的杂烃基；
R5每次出现时独立地为通过取代烷基、链烯基、烷芳基、芳基或芳烷基上的至少一个氢得到的二价或多价烃基，其含有最多24个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子；或二价或多价有机聚合物基团；
R6每次出现时独立地为含最多12个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子的二价亚烷基、亚烯基、亚烷芳基、亚芳基或亚芳烷基；
X1每次出现时独立地选自R7O-、R7C(=O)O-、R72C=NO-和R72NO-，其中R7各自独立地选自氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基，其中R7在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子；
X2和X3每次出现时独立地选自R8、R8O-、R8C(=O)O-、R82C=NO-和R82NO-，其中R8各自独立地选自氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基和芳烷基，其中R8在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子；
A1每次出现时独立地选自二价氧(-O-)或硫(-S-)；
A2每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR9-的取代氮，其中R9独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R9在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A2为氧或硫时，以下A3为-NR10-；
A3每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR10-的取代氮，其中R10各自独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R10在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A3为氧或硫时，A2为-NR9-；
A4每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR11-的取代氮，其中R11各自独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R11在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A4为氧或硫时，以下A5为-NR12-；
A5每次出现时独立地选自二价氧(-O-)、硫(-S-)或结构-NR12-的取代氮，其中R12独立地为氢或烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3基，其中R12在不为氢时各自独立地含有1－18个碳原子，条件是当A2为氧或硫时，则A4为-NR11-；和
下标m、n、x、y和z每次出现时独立地为整数，其中m为1－6，n为1－6，x为1－6，y为0或1，和z为0或1，条件是y+z等于或大于1。
此处结合式(I)的环氧基硅烷所使用的“烷基”包括直链、支链和环状烷基；“链烯基”包括含有一个或多个碳碳双键的任何直链、支链或环状链烯基，其中取代位置可以是在碳碳双键处或者在该基团的别处；“芳基”包括一从中去除个氢原子的任何芳烃；“芳烷基”包括，但不限于，其中一个或多个氢原子被相同数量的相同和/或不同芳基取代基(如此处定义)取代的任何前述烷基；和“烷芳基”包括其中一个或多个氢原子被相同数量的相同和/或不同烷基取代基(如此处定义)取代的任何前述芳基。
烷基的具体实例包括，但不限于，甲基、乙基、丙基和异丁基、链烯基的具体实例包括，但不限于，乙烯基、丙烯基、烯丙基、甲基烯丙基、亚乙烯基降冰片烷、亚乙基降冰片基、亚乙烯基降冰片烯和亚乙基降冰片烯基。芳基的具体实例包括，但不限于，苯基和萘基。芳烷基的具体实例包括，但不限于，苄基和苯乙基。烷芳基的具体实例包括，但不限于，甲苯基和二甲苯基。
此处结合式(I)描述的环氧基硅烷所使用的“环状烷基”和“环状链烯基”还包括双环、三环和较高级环的结构，以及进一步被烷基和/或链烯基取代的前述环状结构。这些结构的代表性实例包括，但不限于，降冰片基、降冰片烯基、乙基降冰片基、乙基降冰片烯基、乙基环己基、乙基环己烯基、环己基环己基和环十二碳三烯基。
在另一实施方案中，本发明的环氧基硅烷是式(I)的那些，其中R1、R2、R3、R4、A2、A3、A4和A5具有前述含义；R5特别地是具有1－12个碳原子，更特别地2－6个碳原子和最特别地3个碳原子的烃；R6特别地为具有1－12个碳原子，更特别地2－6个碳原子和最特别地3个碳原子的烃；A1特别地为氧或硫和更特别地为氧；X1是OR7，其中R7各自独立地选自特别是氢、甲基、乙基、异丙基、正丙基、1-丙烯基、苯基、甲苯基和苄基，和更特别地是氢、甲基和乙基；X1和X2是R8或OR8，其中R8各自独立地具体地选自氢、甲基、乙基、异丙基、正丙基、1-丙烯基、苯基、甲苯基和苄基，和更特别地选自氢、甲基和乙基；m具体地为1－4，和更具体地为1；n特别地为1－4，和更具体地为1；x为1；y具体地为0或1和更具体地为0；z为1。在再一实施方案中，m为2－4，和n具体地为1－4，和更具体地为2。
在再一实施方案中，R5是二价或多价有机聚合物基团，其选自聚酯、聚氧化亚烯基、聚烯烃、聚氨酯、酚类、聚硫化物；和苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸烷酯和甲基丙烯酸烷酯、丙烯腈、烯丙基氯、烯丙醇、链烯烃、二烯烃和类似物的均聚物与共聚物。
含有单一环氧基和单一可水解甲硅烷基的本发明的环氧基硅烷尤其可用作偶联剂、粘合促进剂和有机聚合物用硅烷化试剂。
含有两个或更多个环氧官能团和一个或多个可水解的甲硅烷基的本发明的环氧基硅烷尤其可用作涂料的中间体、封装化合物、复合树脂和类似物。具有两个或更多个环氧官能团和一个或多个可水解的甲硅烷基的本发明的环氧基硅烷提供二元固化树脂。这些环氧基硅烷可与其他树脂，特别是其他环氧树脂混合，以控制固化树脂的交联密度、脆度和强度。常用的固化剂和使用这些环氧基硅烷作为树脂或树脂添加剂所需的其他条件公开于例如“Handbook of Epoxy Resins”，H.Lee和K.Neville,McGraw-Hill Book Company,New York(1967)中。
含有环硫基的本发明的环氧基硅烷可用作用于硫固化的弹性体或聚硫化物聚合物体系的添加剂和偶联剂。环硫化物在固化反应过程中更容易与硫或硫醇基反应。
当本发明的环氧基硅烷是聚合物材料时，它们可用作树脂，和树脂特别是环氧树脂的添加剂，用作冲击改性剂和增韧剂。
本发明尤其有用的环氧基硅烷是选自下述中的非限定性实例：
N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；3-三乙氧基甲硅烷基丙基-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基十九烷酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]环氧乙烷基乙酯；碳酸1,1-二甲基乙基3-[[[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]氨基]羰基]氧基]环氧乙烷基苯酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-3-苯基-2-丙烯酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-3,3-二苯基-3H-萘并[2,l-b]吡喃-9-基酯；[3-(乙氧基二甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(二乙氧基甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,3,5-苯三基三(亚甲基)酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,3,5-苯三基三(亚甲基)酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-苯基甲酯；[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基乙酯；[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,1-二甲基乙酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基-1,1-二甲基乙酯；[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯；[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]-氨基甲酸环氧乙烷基乙酯及其组合。
本发明尤其有用的环氧基硅烷(其中环氧基硅烷含有两个或更多个环氧官能团和至少一个可水解的甲硅烷基)是选自下述中的非限定性实例：(3,4-双-环氧乙烷基甲氧基羰基氨基-苯基)-氨基甲酸2-(二甲氧基-甲基-硅烷基)-乙酯;[3-(二乙氧基-甲基-硅烷基)-丙基]-氨基甲酸3-环氧乙烷基甲基氨基甲酰基氧基-2-环氧乙烷基甲基氨基甲酰基氧基甲基-丙酯；[3-(三乙氧基硅烷基)-丙基]-氨基甲酸2-环氧乙烷基甲氧基-l-环氧乙烷基甲氧基甲基-乙酯；(3-三乙氧基硅烷基-丙基)-氨基甲酸3-环氧乙烷基甲氧基-2-环氧乙烷基甲氧基甲基-2-(3-三乙氧基硅烷基-丙基氨基甲酰基氧基甲基)-丙酯；(2-{2-[2-(2-环氧乙烷基甲氧基羰基氨基-乙氧基)-乙氧基]-3-[(3-三乙氧基硅烷基-丙基氨基甲酰基)-甲氧基]–丙氧基}-乙基)-氨基甲酸环氧乙烷基甲酯和类似物。
可通过数种合成方法中的任何一种，其中包括以下所述的那些方法，制备本发明的环氧基硅烷。
合成方法1：使环氧基醇与异氰酸酯基硅烷反应得到环氧基硅烷
在合适的条件下，例如在无水条件下，在低于环境温度、在环境温度或者在升高的温度下，在减压、大气压或高压下，和在存在或不存在溶剂和/或催化剂下，使环氧基醇与异氰酸酯基硅烷反应，得到本发明的环氧基硅烷。无水条件具体地包括在干燥的空气，更具体地，在惰性氛围，例如氮气覆盖下，以防止可水解的甲硅烷基过早水解。制备环氧基硅烷所使用的典型温度包括约0℃－约150℃，更具体地约25℃－约100℃，和最具体地约60℃－约90℃的非限定性范围。制备环氧基硅烷所使用的典型压力包括约0.1mm Hg－约10bar，更具体地约10mmHg－2bar，和最具体地约600mmHg－约1bar的非限定性范围。制备环氧基硅烷所使用的典型溶剂是非质子溶剂，例如醚、酯、酮、氯化烃和烃类。有用的溶剂的代表性非限定性实例是乙醚、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、甲苯、己烷、环己烷和类似物。可用于促进反应的催化剂是促进醇与异氰酸酯反应通常所使用的那些。这些催化剂的非限定性实例包括过渡金属盐、二烷基锡羧酸盐，例如二乙酸二丁锡和二月桂酸二丁锡，羧酸的亚锡盐，例如辛酸亚锡和乙酸亚锡，氧化亚锡，铋盐和叔胺。
在一个实施方案中，环氧基醇反应物符合下述通式(2)：
其中R1、R2、R3、R4、R5、A1、A2和A3具有前述的含义，A4是氧或硫，x是1，y是0，m为1和n为1。
式(2)的有用的环氧基醇反应物包括其中R1、R2和R3是氢，R4是含1－12个碳原子和任选的至少一个氧或硫原子的烃基，A1、A2和A3中的每一个是氧或硫的那些，例如缩水甘油、3,4-环氧基丁-1-醇和1,2-环氧基-3-巯基丙烷；其中R2、R3和/或R4连接在一起且与环氧化物环形成脂环族环氧基醇的那些，例如在美国专利No.6268403中公开的那些，其全部内容在此通过参考引入；和含羟基或巯基的环硫化物(也称为硫杂丙烯环(thiirene)或硫化亚烷基)，例如在美国专利No.3622597中公开的那些，其全部内容在此通过参考引入。
有用的脂环族环氧基醇的具体实例是：
具有环硫基环的有用的环氧基醇的具体实例是2,3-环硫化-1-丙醇、3,4-环硫化-1-丁醇、4,5-环硫化-1-戊醇、4,5-环硫化-2-戊醇、5,6-环硫化-1-己醇和5,6-环硫化-2-己醇。
在另一实施方案中，有用的环氧基醇反应物是通式(3)中之一：
其中R1、R2、R3、R4、R5、A1、A2、A3、m和n具有前述的含义，A4各自是氧或硫，m为1，n为1－6，x为2－6，y为0和n为1－6。
可通过使式(4)的多元醇，例如乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、甘油、季戊四醇、聚醚二醇、聚醚硫醇等与表卤醇，尤其表氯醇或表溴醇反应，容易地获得式(3)的环氧基醇：
R13(A2H)m+n (4)
其中R13是含有约2－34个碳原子和任选的至少一个氧或硫的二价或多价烃基，A2是氧或硫，和m与n具有前述的含义，其中化学计量用量、反应工序和反应条件为例如有利于产生所需的环氧基醇的那些。例如，2mol表氯醇优选与甘油中的两个伯羟基根据下述方程式反应，以提供如下所示的含有两个环氧基和一个羟基的环氧基醇(5)：
类似地，2或3mol表氯醇/mol季戊四醇之比将分别得到环氧基醇(6)和/或(7)：
在一个实施方案中，在合成方法1中所使用的异氰酸酯基硅烷符合通式(8)：
O=C=N-R6-SiX1X2X3(8)
其中R6、X1、X2和X3各自具有前述含义。
此处可使用的具体的异氰酸酯基硅烷(8)包括异氰酸丙酯基三甲氧基硅烷、异氰酸异丙酯基三甲氧基硅烷、异氰酸正丁酯基三甲氧基硅烷、异氰酸叔丁酯基三甲氧基硅烷、异氰酸丙酯基三乙氧基硅烷、异氰酸异丙酯基三乙氧基硅烷、异氰酸正丁酯基三乙氧基硅烷、异氰酸叔丁酯基三乙氧基硅烷和类似物。
来自于合成方法1的环氧基硅烷用通式(1)表示：
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、A1、A2、A3、X1、X2、X3和n具有前述的含义，和A4是氧或硫，A5是-NH-，m为1，x为1－6，y为0和z为1。
可通过合成方法1获得的环氧基硅烷的一些实例是：
合成方法2：环氧基醇与多异氰酸酯反应，得到环氧基异氰酸酯中间体，接着使环氧基异氰酸酯中间体与仲氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，得到环氧基硅烷
在第一步中，在合适的条件下，例如在无水条件下，在低于环境温度、环境温度或升高的温度下，在减压、大气压或高压下，和在存在或不存在溶剂和/或催化剂下，使环氧基醇与多异氰酸酯反应，得到环氧基-异氰酸酯中间体，然后，在第二步中，使所述中间体与仲氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，提供具有至少一个氨基甲酸乙酯键的环氧基硅烷。
第一步：环氧基醇与多异氰酸酯反应，得到中间体环氧基异氰酸酯中间体
在一个实施方案中，在合成方法2的第一步中所使用的环氧基醇可以是以上的通式(2)和/或(3)中的一种或多种。
多异氰酸酯可以是任何芳族、脂族或脂环族多异氰酸酯，例如二异氰酸酯或三异氰酸酯，其中包括由这种多异氰酸酯制备的异氰酸酯封端的预聚物。
在一个实施方案中，多异氰酸酯反应物(包括异氰酸酯封端的预聚物)用通式(9)表示：
(O=C=N)m+nR5 (9)
其中R5、m和n具有前述含义。
合适的芳族多异氰酸酯的实例是甲苯二异氰酸酯(TDI)的任何一种异构体(纯异构体形式或者数种异构体的混合物形式)，萘-1,5-二异氰酸酯、二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-2,4’-二异氰酸酯，和4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯与2,4’异构体的混合物，或其与相对高官能度的低聚物的混合物(所谓的粗MDI)。合适的脂环族多异氰酸酯的实例是以上提及的芳族二异氰酸酯的氢化产物，例如4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、1-异氰酸甲酯基-3-异氰酸根合-1,5,5-三甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯IPDI)、环己烷-1,4-二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯、间-或对-四甲基二甲苯二异氰酸酯(m-TMXDI、p-TMXDI)、三甲基-1,6-己二醇二异氰酸酯(TMDI，以异构体1,6-二异氰酸根合-2,2,4-三甲基己烷和1,6-二异氰酸根合-2,4,4-三甲基己烷的混合物形式商购)和二聚脂肪酸二异氰酸酯。
在前述多异氰酸酯当中，优选具有不同反应性的异氰酸酯基的那些，例如TDI、IPDI和TMDI，因为它们倾向于保留比较缓慢反应的异氰酸酯基完全不反应，从而最小化产生不具有游离异氰酸酯基的环氧基化合物。然而，对于这种环氧基化合物可能产生的程度来说，不需要将它们与环氧基异氰酸酯中间体分离，因为它们的环氧基官能度还将有助于第二步环氧基硅烷用作粘合促进剂、涂料中间体、交联剂和类似物之类的应用。
多异氰酸酯(9)中的有机R5基性质上可以是聚合物，正如前述异氰酸酯封端的预聚物情况一样。这种聚合物通常可通过如下方法如下制备：使摩尔过量的多异氰酸酯(典型地二异氰酸酯，例如MDI或IPDI)与多元醇(例如聚醚二醇，例如C2－C4二醇的环氧乙烷和/或环氧丙烷加合物，聚四亚甲基二醇、由二醇引发剂和内酯，例如γ-丁内酯或ε-己内酯、二羟基封端的烃，例如二羟基封端的氢化聚丁二烯反应衍生的聚酯二醇，和类似物)反应。
合成方法2的第一步中的合适的反应条件包括无水条件，具体地包括在干燥的空气，更具体地，在惰性氛围，例如氮气覆盖下，以防止第一步中的环氧基异氰酸酯中间体和第二步环氧基硅烷产物中的可水解的甲硅烷基过早水解。制备环氧基异氰酸酯中间体所使用的典型温度包括约0℃－约150℃，更具体地约25℃－约100℃，和最具体地约60℃－约90℃的非限定性范围。制备环氧基异氰酸酯中间体所使用的典型压力包括约0.1mm Hg－约10bar，更具体地约10mmHg－2bar，和最具体地约600mmHg－约1bar的非限定性范围。制备环氧基异氰酸酯中间体可使用的典型溶剂是非质子溶剂，例如醚、酯、酮、酰胺、氯化烃和烃类。有用的溶剂的代表性非限定性实例是乙醚、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、甲苯、己烷、环己烷和类似物。常常使用催化剂加速这类反应且包括典型地促进醇与异氰酸酯反应所使用的那些。合适的催化剂的非限定性实例包括过渡金属盐、二烷基锡羧酸盐，例如二乙酸二丁锡和二月桂酸二丁锡，羧酸的亚锡盐，例如辛酸亚锡和乙酸亚锡，氧化亚锡，铋盐和叔胺。
通式(2)和/或(3)的环氧基醇与多异氰酸酯或异氰酸酯封端的预聚物(9)之间反应得到分别用通式(10)表示的环氧-异氰酸酯中间体：
其中R1、R2、R3、R4、R5、A1、m和n各自具有前述的含义，A2是氧或硫，A3是-NH-，x为1－6，和y为1。
在一个实施方案中，环氧基醇(2)与由二醇(对应于通式(9)，其中m+n为2)衍生的二异氰酸酯或异氰酸酯封端的预聚物之间反应得到环氧-异氰酸酯中间体(10)，其中R1、R2、R3、R4、R5和A1具有前述的含义，A2是氧或硫，A3是-NH-，m为1，n为1，x为1和y为1。
在另一实施方案中，环氧基醇(3)与二异氰酸酯或异氰酸酯预聚物之间反应得到环氧-异氰酸酯中间体(10)：
其中R1、R2、R3、R4、R5和A1具有前述的含义，A2是氧或硫，A3是-NH-，m为1，n为1，x为2－6和y为1。
可根据合成方法2的第一步制备的一些环氧-异氰酸酯中间体是：
第二步：环氧基异氰酸酯中间体与仲氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，得到环氧基硅烷
在合成方法2的第二步中，在无水条件下，在减压、大气压或高压下，在低于环境温度、环境温度或升高的温度下，在存在或不存在溶剂下，使从第一步得到的环氧-异氰酸酯中间体，例如环氧－异氰酸酯(10)与仲氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，提供本发明的一种或多种环氧基硅烷。
在一个实施方案中，在合成方法2的第二步中所使用的可水解的硅烷反应物用通式(11)表示：
HA5-R6-SiX1X2X3 (11)
其中R6、X1、X2和X3具有前述的含义，和A5是硫或-N(R12)-，其中R12是烷基、烷芳基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6SiX1X2X3基，其中每个R12独立地含有1－18个碳原子。
有用的式(11)的仲氨基烷氧基硅烷反应物包括N-甲基氨丙基三甲氧基硅烷、N-乙基氨丙基三甲氧基硅烷、N-苯基氨丙基三甲氧基硅烷、N-甲基氨丁基三甲氧基硅烷、N-甲基氨基异丁基三甲氧基硅烷、N-甲基氨丙基三甲氧基硅烷、N-甲基氨丁基三乙氧基硅烷、N-甲基氨丙基甲氧基二乙氧基硅烷、N-甲基氨丙基二甲基甲氧基硅烷、N-甲基氨丁基乙基二乙氧基硅烷；N-甲基氨丁基二乙基乙氧基硅烷、N,N-双[(3-三甲氧基甲硅烷基)丙基]胺、N,N-双[(3-三甲氧基甲硅烷基)丁基]胺、N,N-双[(3-三甲氧基甲硅烷基)异丁基]胺、N,N-双[(3-三乙氧基甲硅烷基)丙基]胺、N,N-双[(3-三乙氧基甲硅烷基)丁基]胺，和类似物。
有用的式(11)的巯基烷氧基硅烷包括γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基乙基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基乙基二乙氧基硅烷、β-巯丙基二甲基甲氧基硅烷、β-巯乙基甲基二甲氧基硅烷、β-巯乙基三乙氧基硅烷和类似物。
一般地，以提供本发明的一种或多种环氧基硅烷的方式，进行环氧-异氰酸酯中间体(10)与可水解的硅烷(11)之间的反应，其中当烷氧基硅烷(11)是一种或多种仲氨基烷氧基硅烷时，这些中间体的基本上所有的游离-NCO基都转化成脲连接基团，当烷氧基硅烷(11)是一种或多种巯基烷氧基硅烷时，转化成硫代氨基甲酸酯连接基团，或当使用仲氨基烷氧基硅烷和巯基烷氧基硅烷的混合物时，转化成脲和硫代氨基甲酸酯键的混合物。实现合成方法2的第二步的合适的反应条件包括例如无水条件，在低于环境温度、环境温度或升高的温度下，在减压、大气压或高压下，和在存在或不存在催化剂下。仲氨基硅烷与环氧-异氰酸酯中间体之间的反应通常不要求催化剂，但在第一步制备环氧-异氰酸酯中间体中使用的催化剂也将增加第二步的反应速度。因此，巯基硅烷与环氧-异氰酸酯中间体之间的反应通常受益于催化剂的使用。典型地，可使用碱和金属盐或其络合物，其中包括下述非限定性实例：叔胺，例如三乙胺、三异丙基胺和吡啶，金属氧化物，例如氧化钾和氧化亚锡，金属醇盐，例如醇钾、四乙氧化钛和四异丙氧化钛，和金属羧酸盐，例如二月桂酸二丁锡、二乙酸二丁锡、乙酸亚锡、乙酸铋、乙酸锆和类似物。当环氧-异氰酸酯中间体或环氧基硅烷具有高的粘度时，溶剂是尤其有用的。可使用不容易与仲氨基硅烷或巯基硅烷反应的非质子溶剂，且它的非限定性实例包括烃、醚和酯。这些溶剂的代表性实例包括甲苯、己烷、癸烷、环己烷、乙酸乙酯、四氢呋喃、乙醚、1,2-二甲氧基乙烷和类似物。
由合成方法2得到的环氧基硅烷分别用通式(1)表示：
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6和A1具有前述的含义，A2是氧或硫，A3和A4各自是-NH-，A5是硫或-NR12-，其中R12是含有1－18个碳原子的烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6-SiX1X2X3，，x为1－6，y为1，z为1，m为1－6，和n为1－6。
可通过合成方法2获得的环氧基硅烷的一些实例是：
合成方法3：多异氰酸酯与氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，得到异氰酸酯基硅烷，接着使异氰酸酯基硅烷与环氧基醇反应，得到环氧基硅烷
合成方法3可被视为合成方法2的变体。尽管当反应物相同，但其反应顺序不同。因此，根据合成方法3，第一步使多异氰酸酯与氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷在与以上所述类似的条件下反应，得到中间体异氰酸酯基硅烷，然后，在第二步中，使其与环氧基醇反应，得到本发明的环氧基硅烷。
第一步：多异氰酸酯与氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，得到异氰酸酯基硅烷中间体
在一个实施方案中，通式(9)的多异氰酸酯与通式(11)的氨基烷氧基硅烷和/或巯基烷氧基硅烷反应，得到通式(12)的异氰酸酯基硅烷中间体：
其中R5和R6具有前述含义，和A4是-NR7-，其中R7是氢，A5是硫或-NR12-，其中R12是含有1－18个碳原子的烷基、链烯基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6SiX1X2X3，m为1－6，n为1－6，和z为1。
与合成方法3的第一步中的情况一样，该步骤可使用具有显著不同反应性的异氰酸酯基的多异氰酸酯，以便最小化产生不具有游离异氰酸酯的产物，同样可能有利的是，在合成方法3的第一步中使用一种或多种这样的多异氰酸酯，例如TDI、IPDI和/或TMDI，以实现相同的结果。
异氰酸酯基硅烷中间体(12)的一些实例是：
第二步：异氰酸酯基中间体与环氧基醇反应，得到环氧基硅烷
来自合成方法3第一步的异氰酸酯基硅烷中间体(12)与环氧基醇，例如通式(2)和/或(3)的环氧基醇在以上所述的条件下反应，得到本发明的环氧基硅烷。
当由所含的异氰酸酯官能团对含活性氢的物种的反应性基本上相同的同一多异氰酸酯制备合成方法2的环氧-异氰酸酯中间体(10)和合成方法3的异氰酸酯基硅烷中间体(12)时，取决于在这些方法各自的第二步中所使用的反应物，即在合成方法2的情况下的可水解硅烷(11)，和在合成方法3的情况下的环氧基醇(2)和/或(3)，所得环氧基硅烷可能是相同的。然而，要注意，当由所含的异氰酸酯基的反应性显著不同的多异氰酸酯，例如IPDI制备前述中间体时，取决于在每一方法的第二步中所使用的反应物，合成方法3得到的环氧基硅烷可为由合成方法2得到的环氧基硅烷的几何异构体。
可根据合成方法3制备的环氧基硅烷的一些实例是：
合成方法4：环氧基醇与烯键式不饱和异氰酸酯反应，提供烯键式不饱和环氧化物中间体，然后使之与氢化烷基烷氧基硅烷(hydridoalkyalkoxysilane)反应，得到环氧基硅烷
在第一步中，在合适的条件下，例如无水条件下，在低于环境温度、环境温度或升高的温度，在减压、大气压或高压下，和在存在或不存在催化剂与溶剂下，使环氧基醇与烯键式不饱和异氰酸酯反应，提供烯键式不饱和环氧化物中间体，然后在第二步中，在合适的反应条件下，例如无水条件下，在环境温度或升高的温度，在减压、大气压或高压下，和在氢化硅烷化催化剂和任选的溶剂存在下，使之与氢烷氧基硅烷反应，得到本发明的环氧基硅烷。
第一步：环氧基醇与烯键式不饱和异氰酸酯反应，得到烯键式不饱和环氧化物中间体
根据合成方法4，环氧基醇(2)和/或(3)与烯键式不饱和异氰酸酯(13)反应：
其中R5具有前述含义，A4是-NH-，A5是氧或-NR12-，其中R12是含有1－18个碳原子的烷基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6SiX1X2X3，R13是1－10个碳原子的亚烷基、亚烷芳基、亚芳基或亚芳烷基，R14是含1－8个碳原子的烷基、烷芳基、芳基或芳烷基，条件是在第一步中，R13和R14的碳原子之和小于或等于12，以提供烯键式不饱和环氧化物中间体(14)：
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R13和R14具有前述的含义，A1和A2是氧，A3和A4是-NH-，A5是氧或-NR12-，其中R12是含有最多18个碳原子的烷基、烷芳基、芳基、芳烷基或-R6SiX1X2X3，，x为1－6，y为1，z为0或1，m为1－6，和n为1－6。
有用的烯键式不饱和异氰酸酯(13)的一些具体实例包括乙烯基异氰酸酯、烯丙基异氰酸酯、3-异氰酸酯-2-甲基丙烯、乙烯基苄基异氰酸酯、3-异氰酸酯-1-丁烯、3-异氰酸酯-3-甲基-1-丁烯、4-异氰酸酯-2-甲基-1-丁烯、4-异氰酸酯-3,3-二甲基-1-丁烯、4-异氰酸酯-4-甲基-1-戊烯和5-异氰酸酯-1-戊烯。考虑到可商购的因素，优选的异氰酸酯是甲基烯丙基异氰酸酯和烯丙基异氰酸酯。
无水条件具体地包括干燥的空气，更具体地，在惰性氛围，例如氮气覆盖下，以防止可水解的甲硅烷基过早水解。制备环氧基硅烷所使用的典型温度包括约0℃－约150℃，更具体地约25℃－约100℃，和最具体地约60℃－约90℃的非限定性范围。制备环氧基硅烷所使用的典型压力包括约0.1mm Hg－约10bar，更具体地约10mmHg－2bar，和最具体地约600mmHg－约1bar的非限定性范围。制备环氧基硅烷所使用的典型溶剂是非质子溶剂，例如醚、酯、酮、氯化烃和烃类。有用的溶剂的代表性非限定性实例是乙醚、四氢呋喃、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷、甲苯、己烷、环己烷和类似物。加速反应可使用的催化剂是促进醇与异氰酸酯反应典型地所使用的那些。这些催化剂包括过渡金属盐、二烷基锡羧酸盐，例如二乙酸二丁锡和二月桂酸二丁锡，羧酸的亚锡盐，例如辛酸亚锡和乙酸亚锡，氧化亚锡，铋盐和叔胺的非限定性实例。
第二步：烯键式不饱和环氧化物中间体与氢烷氧基硅烷反应，制备环氧基硅烷
在合成方法4的第二步中，采用氢烷氧基硅烷(15)氢化硅烷化来自第一步的烯键式不饱和环氧化物中间体，得到通式(1)的环氧基硅烷。由于含硫物质使许多氢化硅烷化催化剂中毒，因此中间体(14)应当不含硫原子。含碳碳双键的中间体的氢化硅烷化的条件是本领域众所周知的，正如在“Comprehensive Handbook of Hydro silylation”，B.Marciniec(ed),Pergamon Press,New York(1992)中所述，其全部内容在此通过参考引入。
有用的氢化烷氧基硅烷(15)的一些具体实例包括氢化三甲氧基硅烷、氢化三乙氧基硅烷、氢化甲基二甲氧基硅烷、氢化甲基二乙氧基硅烷、氢化二甲基甲氧基硅烷、氢二甲基乙氧基硅烷和类似物。
可根据合成方法4制备的环氧基硅烷是：
合成方法5：卤代烃基硅烷与氰酸盐在烯键式不饱和醇存在下反应，得到烯键式不饱和烷氧基硅烷中间体，然后对其进行环氧化，提供环氧基硅烷
在第一步中，卤代烃基硅烷与氰酸盐在第一步中在具有烯键式不饱和端基的醇存在下，有利地在合适的催化剂和/或惰性溶剂存在下反应，得到具有至少一个氨基甲酸乙酯键的烯键式不饱和可水解的硅烷中间体，然后在第二步中，使该中间体进行任何已知或常规的环氧化工序，其中包括使用正如“Modern Synthetic Reactions”，第二版，H.O.House(ed),W.A.Benjamin,Inc.Menlo Park(1972)中所述的过酸，和如K.A.Jorgensen，“Chemical Reviews”，89(3),431(1989)中所述的过渡金属催化的环氧化工序，它们的全部内容在此通过参考引入，以提供相应的环氧基硅烷。
步骤1：卤代烃基硅烷与氰酸盐和烯键式不饱和醇反应，提供烯键式不饱和烷氧基硅烷
在一个实施方案中，卤代烃基硅烷是通式(15)中之一：
其中R5、R6、A4、A5、X1、X2和X3和a具有前述含义，L是Cl、Br或I，z为0，和n为1－6，优选1或2。
有用的卤代烃基硅烷(15)包括3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-溴丙基三甲氧基硅烷、4-氯丁基二甲基乙氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、4-氯丁基苯基甲基-正丙氧基硅烷、3-碘代丙基三甲氧基硅烷、4-(2-氯乙基)-1,7-双-(三甲氧基甲硅烷基)庚烷和类似物。
有用的氰酸盐反应物包括通式(16)的那些：
(M+w)(O=C=N-)w (16)
其中M是金属、铵或鏻基，和w是M的价态，具体地为1－4，更具体地为1或2和最具体地为1。
可在合成方法5的第一步中使用的氰酸盐(16)包括其中M是锂、钠、钾、钙、镁、铵或鏻的那些。优选的氰酸盐是氰酸钠和氰酸钾。
具有烯键式不饱和端基的醇可以是通式(17)的那些中的任何一种：
其中R1、R2、R3和R4具有前述含义，x为1－6，和A2是氧。
合适的烯键式不饱和醇包括烯丙醇、甲基烯丙醇、3-丁烯-1-醇、8-辛烯-1-醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、4-乙烯基苯酚、4-乙烯基苄醇、3-羟基-1,4-戊二烯和类似物。
(M+w)(L-)w
卤代烃基硅烷(15)、氰酸盐(16)和烯键式不饱和醇(17)之间的第一步反应提供烯键式不饱和烷氧基硅烷中间体(14)可被视为根据下述方程式(18)进行：
卤代烃基硅烷(15)＋氰酸盐(16)+烯键式不饱和醇(17)→
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、A4、A5、M、L和w具有前述的含义，A2是氧，A3是-NH-，x为1－6，y为1，z为0，m为1－6，和n为1－6。
步骤2：环氧化烯键式不饱和烷氧基硅烷中间体，提供环氧基硅烷
在已知和常规的环氧化条件下，环氧化在合成方法5的第一步中获得的烯键式不饱和烷氧基硅烷中间体，得到本发明的环氧基硅烷。因此，例如在叔丁基氢过氧化物存在下，在0℃－约100℃的温度下，和在减压、大气压或高压下，在存在或不存在有机溶剂，例如二氯甲烷、氯仿、己烷类、乙酸乙酯和类似物下，和在无水条件下，用过酸，例如过乙酸、过苯甲酸、间氯苯甲酸或过渡金属催化剂例如钼IV过氧化合物、钒络合物、四异丙氧基钛酸酯-酒石酸络合物环氧化方程式(18)的烯键式不饱和烷氧基硅烷，得到通式(1)的环氧基硅烷：
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、A4和A5具有前述的含义，A1和A2是氧，A3是-NH-，x为1－6，y为1，z为0，m为1－6，和n为1－6。
本发明的环氧基硅烷可用于各种应用，其中包括以下所述的那些。
在本申请的一个实施方案中，提供含本发明的至少一种环氧基硅烷的处理或涂布基底用的可固化组合物。
掺入到前述可固化组合物内的环氧基硅烷可以是在水中的溶解度从在其内完全混溶到可溶，例如最多约600g/l，优选最多约400g/l，和更具体地最多约300g/l。
基底可以是任何有机或无机材料，例如纤维、粒状物和片状结构，且可由无机矿物、硅酸盐、二氧化硅、粘土、陶瓷、碳、有机聚合物、硅藻土、溶胶-凝胶、金属及其组合构成。
在一个具体的实施方案中，基底可以是例如以离散颗粒形式或以聚集体或附聚物形式的颗粒组提供的矿物填料。可以将矿物填料和不与本发明的环氧基硅烷反应的其他填料混合。可使用这些填料，或者增量环氧基硅烷和/或形成复合材料、涂层、粘合剂、密封剂、橡胶和类似物所使用的聚合物，或者增强环氧基硅烷或制备这些组合物所使用的聚合物。合适的矿物填料的一些代表性的非限定性实例包括一种或多种金属氧化物，例如二氧化硅(热解法和沉淀二氧化硅)、二氧化钛、硅铝酸盐、氧化铝和含硅材料，其中包括粘土、滑石，它们可单独或与一种或多种其他填料结合使用，例如二氧化硅和炭黑的混合物。在另一实施方案中，可单独或与二氧化硅结合使用氧化铝。在进一步具体的实施方案中，填料可以是水合的或者是无水形式。在橡胶组合物中使用氧化铝是已知的，参见例如美国专利No.5116886和EP631982，其全部内容在此通过参考引入。
在另一实施方案中，将本发明的环氧基硅烷施加到充当载体的填料，例如多孔或高表面积填料或具有吸附能力的有机聚合物上，所述填料例如能携带最多约75wt%环氧基硅烷，同时维持其自由流动性能。吸附性填料当加入到聚合物复合材料或弹性体组合物中时，对环氧基硅烷基本上呈惰性且能从中释放环氧基硅烷。典型地通过测量在某种规定的条件下用有机溶剂提取的环氧基硅烷量，测定这些多孔填料的吸附能力。在美国专利No.6005027中公开了合适的提取工序，其全部内容在此通过参考引入。合适的填料-载体包括，但不限于，多孔有机聚合物、炭黑、硅藻土和二氧化硅，其特征在于当在105℃下测量和在500℃下测量时二氧化硅在3502cm-1处的红外吸收具有1.3的较低差值，正如美国专利No.6005027中所述。在一个实施方案中，可负载在载体上的环氧基硅烷量为约0.1－约70wt%，和在另一实施方案中，为约10－约50wt%。
其他合适的矿物填料包括其中环氧基硅烷对填料表面具有反应性的那些。这类填料包括粒状沉淀二氧化硅、粘土、含硅材料、玻璃、云母和类似物。这些填料的表面对环氧基硅烷具有反应性，尤其当填料具有反应性表面硅烷醇时。此处的表面反应性矿物填料可以以水合形式提供。可使用表面反应性矿物填料的混合物，例如具有金属羟基表面官能度的那些例如氧化铝和其他金属氧化物与具有例如二氧化硅、硅酸盐等的那些组合。
此处可使用两种或更多种一般类型的填料的组合，例如基本上惰性类型、吸附类型和表面反应性类型的两种或更多种填料的组合。
金属基底包括用铬酸盐、锌、锡或任何抑锈或防锈物质处理或者没有处理的任何金属。金属的一些非限定性实例是选自以下的那些：表面冷轧钢、电镀钢、热浸渍电镀钢、优质钢板、铝、用选自锌、锌合金、铝和铝合金、铝、铝合金、铜、黄铜和铁中的至少一种金属涂布的钢，及其组合。在本申请的另一具体的实施方案中，以片材、棒、棍、线材、箔及其结合形式提供金属基底。
用含此处的环氧基硅烷的组合物涂布金属基底，该组合物固化在其上，和典型地施加不同的涂层到固化的组合物上。可通过这种已知和常规的工序，例如辊涂，具体地，逆向辊涂、浸涂、溢涂(flooding coating)、喷涂和刮涂技术和类似技术，实现施加本发明的组合物到所需的基底上。
本发明的环氧基硅烷涂料组合物可配制为例如油漆，例如聚酯基油漆、橡胶、粘合剂等。
本发明的可固化组合物还包括粘合促进组合物，所述粘合促进组合物包括一种或多种溶剂，例如水、醇、酯、酮、烃、醚和类似物，一种或多种润湿剂、有机树脂成膜剂，例如环氧树脂或聚氨酯树脂和其他可水解的有机基硅烷化合物，例如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三丙基硅烷和类似物。该粘合促进组合物含有用量例如为约0.1－约90wt%，优选约0.5－约15wt%，和更优选约0.75－约5wt%此处的环氧基硅烷作为其粘合促进组分，其中所述重量百分数以粘合促进组合物的总重量为基础。
在另一具体的实施方案中，此处的可固化组合物可包括矿物材料施胶剂，所述矿物材料施胶剂含有水、溶剂、有机成膜聚合物(例如聚氨酯、环氧树脂、聚酯、聚烯烃、聚醚和类似物)、润湿剂、抗静电剂和其他可水解的有机基硅烷化合物中的一种或多种。在特别的实施方案中，矿物材料施胶剂组合物可包括用量为例如约0.05－约25wt%，优选约0.1－约10wt%，和更优选约0.5－约5wt%的本发明的环氧基硅烷，其中所述重量百分数以矿物材料施胶剂组合物的总重量为基础。
在此处的可固化组合物的再一实施方案中，组合物可以是偶联剂，所述偶联剂含有水、有机溶剂、有机成膜聚合物(例如聚氨酯、环氧树脂、聚酯、聚烯烃、聚醚和类似物)、润湿剂、抗静电剂和其他可水解的有机基硅烷化合物中的至少一种。偶联剂组合物可含有用量为例如约0.05－约25wt%，优选约0.1－约10wt%，和更优选约0.5－约5wt%的本发明的环氧基硅烷，其中所述重量百分数以偶联剂组合物的总重量为基础。
本发明的可固化组合物也可配制为含至少一种溶剂例如水、醇、醚、酯、酮和类似物，润湿剂，金属氧化物例如氧化铈，表面活性剂，催化剂和酸的转化型涂料组合物。在特定的实施方案中，转化型涂料组合物可含有用量为例如约0.01－约50wt%，优选约0.1－约30wt%，和更优选约0.5－约16wt%的本发明的环氧基硅烷，其中所述重量百分数以转化型涂料组合物的总重量为基础。
本发明的组合物可以以溶胶-凝胶组合物形式提供，所述溶胶-凝胶组合物进一步含有至少一种溶剂例如水、醇、醚、酯、酮和类似物，和由周围被配体例如氧化物、烷基、烷氧化物、羧酸、酮酯和类似物包围的金属或准金属组成的胶体。溶胶－凝胶组合物可掺入用量为例如约0.01－约50wt%，优选约0.1－约30wt%，和更优选约0.5－约20wt%的本发明的环氧基硅烷，其中所述重量百分数以溶胶－凝胶组合物的总重量为基础。
本发明的可固化组合物可配制为含填料、增塑剂、有机聚合物溶剂、抗氧化剂、UV光稳定剂、触变剂、表面活性剂、催化剂和类似物中的至少一种的密封剂组合物。在特别的实施方案中，密封剂组合物可含有用量为例如约0.1－约10wt%，优选约0.5－约5wt%，和更优选约5wt%的本发明的环氧基硅烷，其中所述重量百分数以密封剂组合物的总重量为基础。
本发明的含环氧基硅烷的可固化组合物可含有任何纯度的水，例如蒸馏水和/或纳米纯水。水量可随本发明的环氧基硅烷的用量和/或类型以及在组合物内存在的任何额外的组分，例如表面活性剂、催化剂、共溶剂、有机酸和类似物的用量和/或类型而显著地变化。水量也可基于环氧基硅烷水溶液的所需表面张力、该水溶液的所需pH、该水溶液的所需稳定性和其环氧基硅烷组分的所需的水解程度而变化。在一个实施方案中，水量大于环氧基硅烷组分的用量。在另一实施方案中，水量范围可以是例如约50－约99.9wt%，优选约75－约99wt%，和更优选约85－约98wt%，其中所述重量百分数以环氧基硅烷组合物的总重量为基础。
本发明的环氧基硅烷可进一步包括至少一种表面活性剂，例如聚氧亚乙基烷基醚、聚氧亚乙基烷基苯醚、聚氧亚乙基脂肪酸酯、脱水山梨醇脂肪酸酯、聚氧亚乙基脱水山梨醇脂肪酸酯脂肪酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基苯磺酸盐、烷基磷酸盐(酯)、烷基烯丙基硫酸酯盐、聚氧亚乙基烷基磷酸盐(酯)、季铵盐、长链烷基三甲基铵盐、长链烷基苄基二甲基铵盐、二(长链烷基)二甲基铵盐、乙氧化壬基苯酚、聚乙烯醇等及其组合。特别的实施方案包括例如Triton X-100.(Dow Chemical Company)和Silwet*L-77(Momentive Performance Materials Inc.)。这些和其他表面活性剂的用量可随此处的环氧基硅烷的用量和/或类型，水的用量和/或类型，以及在组合物内存在的任何额外的组分，例如催化剂、共溶剂和有机酸的用量和/或类型显著地变化。表面活性剂的用量也可基于水溶液的所需的表面张力、该溶液的所需pH、溶液的所需稳定性和环氧基硅烷的所需水解程度而变化。在此处的一个实施方案中，表面活性剂的用量小于环氧基硅烷的用量。在另一具体的实施方案中，表面活性剂的用量范围可以是例如约0.0001－约5wt%，优选约0.001－约2wt%，和更优选约0.02－约0.2wt%，其中所述重量百分数以环氧基硅烷组合物的总重量为基础。
在本发明的任何可固化组合物中，溶剂可充当稀释剂、载体、稳定剂、回流助剂或加热剂。一般地，可使用任何惰性溶剂，即没有参与反应或者负面影响组合物固化的惰性溶剂。在一个实施方案中，溶剂是在常见条件下为液体且沸点低于约150℃的那些。有用的溶剂的一些非限定性实例包括芳烃、烃、醚、非质子溶剂和氯化烃溶剂，例如甲苯、二甲苯、己烷、丁烷、二乙醚、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、四氯甲烷、二氯甲烷等及其组合。
可通过向其中添加一种或多种溶剂，增加含本发明的环氧基硅烷的含水组合物的稳定性。溶剂可以是有机溶剂，例如醇(例如丁醇)、二元醇(例如丙二醇)、酯等，及其组合。溶剂的用量可在宽的范围内变化，这取决于所使用的环氧基硅烷的用量和/或类型，水的用量和/或类型，以及任何额外的组分，例如表面活性剂、催化剂、有机酸等的用量和/或类型而变化。任何共溶剂的用量也可基于该水溶液的所需表面张力、水溶液的所需pH、水溶液的所需稳定性和掺入的环氧基硅烷的所需水解程度而显著地变化。在本申请的具体的实施方案中，当本发明的环氧基硅烷经历水解时，可产生一定量的醇，其能够在没有添加共溶剂的情况下足以形成稳定的环氧基硅烷的含水组合物。这种醇的用量范围可以是含环氧基硅烷的组合物的总重量的约0.1－约50wt%，有利地约0.1－约20wt%，和仍更有利地约0.2－约6wt%。
有利的是可维持此处的可固化组合物的pH，以便最小化水解速度和随后缩合环氧基硅烷组分并最大化其在含水介质内的稳定性。通过控制pH，本发明的水性环氧基硅烷组合物可拥有至少约3月，优选至少约4月，更优选至少月5月，和最优选至少约6月的含水稳定性。通常可通过调节pH在约2－约9，优选约3－约8，更优选约3－约7，和最优选约3.5－约6.0范围内，实现改进或优化组合物的含水稳定性。可通过使用有机酸，例如乙酸、甲酸、柠檬酸、磷酸等及其组合，实现最小化此处的环氧基硅烷的水解程度。此处要理解，所使用的有机酸的用量可随掺入到组合物内的环氧基硅烷的用量和/或类型，水的用量和/或类型和任何额外的组分，例如表面活性剂、催化剂和溶剂的用量和/或类型而显著地变化。有机酸的用量也可基于组合物的所需表面张力、组合物的所需pH、组合物的所需稳定性和其环氧基硅烷组分的所需水解程度而变化。一般地，调节此处的可固化组合物的pH所使用的有机酸的用量范围可以是约0.001－约2.0wt%，优选约0.01－约10wt%，和更优选约0.11－约0.2wt%，其中所述重量百分数以组合物的总重量为基础。
本发明的可固化组合物也可含有一种或多种催化剂，其实例包括锡催化剂，例如二月桂酸二丁锡、二乙酸二丁锡、马来酸二丁锡、二乙酸二月桂锡、二乙酸二辛锡、二丁锡-双(4-甲基氨基苯甲酸盐)、二丁锡二月桂基硫醇盐、二丁锡-双(6-甲基氨基己酸盐)及其组合。催化剂的用量可在宽泛的范围内变化，这取决于在组合物内存在的环氧基硅烷的用量和/或类型以及掺入到其内的水和其他组分，例如表面活性剂、溶剂和有机酸等的用量和/或类型。催化剂的用量也可基于组合物的所需表面张力、组合物的所需pH、组合物的所需含水稳定性和其环氧基硅烷组分的所需水解程度而变化。例如，催化剂的用量范围可以是约0.001－约1.0wt%，优选约0.001－约0.5wt%，和更优选约0.01－约0.2wt%，其中所述重量百分数以含环氧基硅烷的组合物的总重量为基础。
下述实施例进一步阐述本发明。
实施例1
这一实施例阐述了具有下述结构的3-三甲氧基甲硅烷基丙基氨基甲酸环氧乙烷基甲酯的制备：
在搅拌下，将缩水甘油(7.4g,100mmol)缓慢地加入到γ-异氰酸丙酯基三甲氧基硅烷(107mmol)和二月桂酸二丁锡(0.0295g)的混合物中。在25分钟内将混合物的温度升高到53℃，同时继续搅拌。然后在环境温度下搅拌反应混合物2小时。然后红外测试表明在2300cm-1处不存在NCO峰。然后视为该反应已经进行完全。13CNMR测试确认所需产物的类型(identity)。
实施例2
这一实施例阐述了具有下述结构的3-三乙氧基甲硅烷基丙基氨基甲酸环氧乙烷基甲酯的制备：
在搅拌下，将缩水甘油(7.4g,100mmol)缓慢地加入到γ-异氰酸丙酯基三乙氧基硅烷(100mmol)和二月桂酸二丁锡(0.0395g)的混合物中。然后在环境温度下搅拌该反应混合物2小时。然后红外测试表明在2300cm-1处不存在NCO峰。然后视为该反应已经进行完全。13C NMR测试确认所需产物的类型(identity)。
实施例3
如下所述制备实施例1的3-三甲氧基甲硅烷基丙基氨基甲酸环氧乙烷基甲酯的的2wt%的处理溶液：将50mg非离子表面活性剂(Triton X-100)，1g硅烷，48.95g蒸馏水混合到一起。试验面板是获自ACT Laboratories的4”×6”×0.032”的未抛光的冷轧钢板切割块。用标准碱性清洁剂(65℃2分钟)使面板脱脂，用蒸馏水漂洗，然后采用压缩氮气干燥。用浸渍磷酸锌转化型涂料(Henkel Bonderite958)处理，接着用Parcolene 60漂洗的4”×6”×0.032”的对照面板获自ACT Laboratories。面板A和B用处理剂组合物涂布，并在上漆之前，在120℃下固化涂层20分钟。通过刮涂技术，施加油漆，获自Sherwin Williams的无底漆聚酯基体系。干燥膜厚为约1.2mil。烘烤条件为在175℃下15分钟。根据ASTM D1654的试验方法测量的蠕变数据(creepage data)以离划痕(scribe)的最小、最大和平均距离(cm)形式报道并在下表中列出。
表：蠕变试验结果
与铬密封的磷酸锌冷轧钢对照物相比，面板A和B显示出与之相当的蠕变性能。蠕变是改进油漆粘合性和在一些情况下延迟腐蚀作用，从而保护底下的金属避免腐蚀的预处理能力的指标。所测量的蠕变值越低，则整个体系(转化型涂料加上油漆)在保护金属方面就越好。若相同的油漆用于研究，则获得用特定油漆和基底预处理的效果等级。
尽管结合本发明的具体实施方案详细地描述了本发明，但应当容易地理解，本发明不限于这一公开的实施方案。相反，可改性本发明，以引入迄今为止尚未描述的任何数量的变化、改变、替代或等价布局，它们被视为在本发明的精神和范围内。因此，本发明不限于前述说明。