萜烯基有机硅烷单体的合成及其应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

脂松节油是我国主要的松脂资源之一，2015年度产量达20万吨之多，占世界脂松节油总量的85%以上，但深加工利用率不高。深入研究具有高附加值松节油产品，可以充分发挥我国的资源优势，以取得更好的经济效益和社会效益。松节油是萜烯类化合物组成的液体混合物，主要由α-蒎烯、β-蒎烯、长叶烯等组成，经异构化后可得到松油烯、莰烯、水芹烯、异长叶烯等主要产物。松节油组份分子可以提供c₁₀或c₁₅分子骨架，并同时提供多元环及桥环、环外或环内双键等。多元环及桥环结构具有与石油基脂环族化合物相似的刚性和化学稳定性，而环外或环内双键具有活泼的化学反应性能，使松节油及其衍生物在众多领域具有替代石化资源的潜质，是难得的天然可再生化工原材料。

近些年，随着人们对可再生资源的愈加重视，松脂类萜烯化合物作为化工原料，除用于聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯、聚酯等多种高分子材料中，还被用来改性有机硅材料。松香类萜烯化合物可以利用活性双键和羧酸基团与有机硅反应，而松节油类萜烯化合物由于只存在活性双键，因此硅氢加成反应成为松节油改性有机硅材料的一种高效反应。硅氢加成具有反应温和、易于调控、副反应较少、产物纯度和产率较高等优点，利用硅氢加成反应，将萜烯化合物具有的环状结构引入到有机硅材料中以提高有机硅材料的力学性能、耐高温性能以及与其他材料的相容性。

本课题以利用我国特有的生物质天然资源松节油为原料，经过结构设计采用硅氢加成手段合成新型松节油基硅氧烷，再将其应用于硅橡胶的生产中，深入研究具有高附加值松节油产品，可以充分发挥我国的资源优势，以取得更好的经济效益和社会效益。因此，利用硅氢加成反应将萜烯化合物和有机硅烷相结合，不仅拓宽松节油的深加工利用，而且减少化石产品的使用。

2. 国内外研究现状分析

硅氢加成反应自从1947年发现以来经过半个多世纪的发展已经成为有机硅发展过程中应用最广研究最多的一个反应。由于硅氢键主要向碳双键和碳三键加成，生成水解性能良好的硅碳键，所以在硅单体、偶联剂、硅橡胶和许多含硅分子中得到广泛应用，硅氢键加成到不饱和化合物，因化合物催化剂溶剂以及助剂各个性能不同的影响，使其具有不同的区域选择性。硅氢加成反应是有机硅化学中研究最多应用最广的反应之一，通过该反应可以制得其他方法难以制得的有机硅单体，它是合成碳官能团有机硅化合物最重要的方法之一。硅氢加成反应的研究最主要集中在催化剂的研究上，不同的催化剂能带来不同的研究结果。

氯铂酸是目前为止对于硅氢化反应最有效的催化剂，然而它对某些官能团的催化加氢加成反应并不理想。而且它是一种有效的敏化剂，对于人体是有害的，铂催化一般主要应用于有机合成并且经常要被金属清洗剂清洗，而硅凝胶就会降低金属含量，同样，催化氢化硅烷化是铂在均相催化中最常用的一种反应方式。还有使用加膦的铑配合物催化剂对于酮类的硅氢加成反应的催化转化效率很高。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：以β-蒎烯、三乙氧基硅烷为原料，通过硅氢加成反应合成蒎烷基有机硅烷单体，研究原料配比、反应时间、催化剂种类及其用量等因素对反应的影响，优化反应条件；采用¹H NMR、LC、FT-IR等分析手段对单体进行了结构鉴定。再将蒎烷基有机硅烷单体与硅油进行交联，制备不同单体含量的硅橡胶。采用拉力试验机，扫描电镜，TG等分析手段对硅橡胶进行了性能测试。

研究计划：前期进行实验准备工作，后期进行数据处理以及论文撰写工作，使工作周期稳定在十五周以内。

4. 研究创新点

有机硅目前用作涂料，密封剂，防腐剂，凝胶，泡沫，气雾剂，粘合剂，灌封剂，头发/皮肤护理和印模材料（牙科应用）。

ORMOSILs（有机改性硅酸盐）现已在各领域得到实际应用，如催化，色谱，化学分析，生物技术，高级涂料等等。