¡La estructura determina el rendimiento! Análisis en profundidad de la estructura, el rendimiento, la aplicación y la aplicación innovadora de 3-isocianatepropiltrimetoxisilano (HC-IM6314)

Ⅰ. Introducción al producto

Nombre químico: 3-isocianatepropiltrimetoxisilano

Nombre en inglés: 3-isocianatopropiltrimetoxisilano

Fórmula molecular: C 7 H 15 No 4 Si

Peso molecular: 205.2

Cas no.: 15396-00-6

Estructura química:

-

Marcas y proveedores nacionales y extranjeros:

Marca de productos	Proveedores extranjeros
A-Link 35	Materiales de rendimiento momento
GF40	Backer
KBM-9007	Shin-etsu
SISIB® PC2720	Silicona sisib

1. Características estructurales de 3-isocianatepropiltrimethoxysilane:

 

Grupo de isocianato (-nco): Un extremo de la molécula contiene un grupo de isocianato activo, que sufre una reacción de adición con el grupo hidroxilo o amino de materia orgánica y tiene una alta reactividad.

Grupo de trimetoxisilano (-Si (OCH3) 3): El otro extremo de la molécula es un grupo de trimetoxisilano, que puede sufrir reacción de condensación con grupos hidroxilo en la superficie de materiales inorgánicos (como el vidrio y los óxidos de metal) para formar un enlace de oxígeno de silicio estable.

Propyl Linker: El grupo de isocianato y el grupo de trimetoxisilano están conectados por una cadena de propilo, proporcionando cierta flexibilidad molecular.

Esqueleto molecular: Pez₃O- si (-och₃)₂-(CH₂)₃-SUBOFICIAL

Características estructurales tridimensionales:

Grupo de isocianato: fuerte polaridad y alta reactividad.

Grupos de silano: Forma enlaces fuertes en la superficie de los materiales a través de la hidrólisis y la condensación.

Cadena de propilo: Proporciona un puente entre grupos orgánicos e inorgánicos, mejorando la flexibilidad y la compatibilidad del material.

Propiedades físicas:

índice	Valor típico
Apariencia	Líquido transparente incoloro
Densidad (ρ20), g/cm3	1.080
Punto de ebullición (760 mmHg), ℃	210
Índice de refracción (ND25)	1.4150-1.4250

Ⅱ. Solubilidad de 3-isocianatepropiltrimetoxisilano:

Factores que afectan la solubilidad debido a la estructura química

Grupo de isocianato (-nco):

Es un grupo funcional polar y puede formar fuertes fuerzas intermoleculares con otros solventes polares (como cetonas, ésteres y alcoholes). Por lo tanto, tiene una buena solubilidad en los solventes orgánicos polares.

Sin embargo, los grupos de isocianato reaccionan fácilmente con el agua para formar grupos de urea, por lo que su solubilidad en el agua es limitada y deben evitarse del contacto con la humedad.

Grupo Trimethoxysilane (-Si (OCH₃) ₃):

El grupo trimetoxisilano es parte de la estructura de silicona y se puede hidrolizar para formar silanoles. Tiene una cierta hidrofilia, pero su solubilidad se reducirá después de la hidrólisis.

Tiene una mejor solubilidad en los solventes de alcohol porque el alcohol puede interactuar con grupos metoxi.

Cadena de propilo:

Proporciona una cierta hidrofobicidad, afecta la polaridad general de la molécula y hace que muestre una cierta solubilidad en algunos solventes de baja polaridad.

Entonces su solubilidad se puede describir como:

Solventes bien solubles:

Los solventes orgánicos polares como la acetona, el tolueno, el acetato de etilo, los alcoholes (como el metanol, el etanol, el isopropanol).

Los solventes orgánicos no polares como el ciclohexano y el n-hexano (solubilidad más débil pero aún algo compatible).

Solubilidad limitada o no en solventes:

Agua: la solubilidad en el agua es muy baja, pero los grupos de isocianato reaccionarán con agua para formar compuestos de dióxido de carbono y urea.

Fuertes solventes polares como dimetilsulfóxido (DMSO) y N, N-dimetilformamida (DMF): aunque son solubles, pueden reaccionar con grupos de isocianato.

Notas para su uso:

Evite el contacto prolongado con agua o humedad para evitar la hidrólisis y la falla de reacción.

Al disolverse, elija un disolvente orgánico anhidro y seco y opere en un entorno de baja humedad.

Ⅲ. Mecanismo de acción del 3-isocianatepropiltrimethoxisilano

La reactividad química dual del grupo isocianato (-nco) y el grupo trimetoxisilano (-Si (OCH₃) ₃) en su estructura implica principalmente los siguientes dos aspectos:

1. Mecanismo de reacción del grupo de isocianato

Características de reacción del núcleo: el grupo de isocianato (-nco) es un grupo funcional altamente reactivo que reacciona fácilmente con compuestos que contienen hidrógeno activo (como alcoholes, aminas, ácidos carboxílicos, fenoles, etc.) para formar enlaces covalentes estables.

Reacciones principales:

Reacción con aminas: producir compuestos de urea.

-Nco +r-nh₂→ R-NH-C (= O) -NH-R '

Reacción con los alcoholes: produce estructuras de uretano (poliuretano).

-Nco+r-oh → r-o-c (= o) -r '

Reacción con agua: se hidroliza rápidamente en un entorno húmedo, liberando dióxido de carbono.

-Nco+h₂O → R-NH+CO₂ ↑

2. Mecanismo de reacción del grupo trimetoxisilano

Características de reacción del núcleo: los grupos trimetoxisilano pueden hidrolizar en presencia de agua para formar silanoles (-si-oh). Los silanoles pueden condensarse con otros silanoles o grupos hidroxilo en superficies inorgánicas para formar enlaces de silicio-oxígeno (Si-O-Si), uniendo así la superficie de los materiales inorgánicos.

Reacciones principales:

1) Reacción de hidrólisis: -Si (OCH₃)₃+3h₂O → -Si (OH)₃+3ch₃OH

2) Reacción de condensación: -Si (OH) з+HO-Si → -Si-O-Si-+H₂O

3. Mecanismo general de acción

Conexión del puente bifuncional:

La molécula se da cuenta de la combinación de fases orgánicas e inorgánicas a través de los grupos funcionales en ambos extremos:

1) Los grupos de isocianato reaccionan con grupos activos en materiales orgánicos (como polímeros, resinas, etc.) para formar enlaces químicos estables.

2) El grupo trimetoxisilano forma un fuerte enlace con la superficie de los materiales inorgánicos (como vidrio, cerámica, óxidos metálicos, etc.) a través de la hidrólisis y la condensación.

Modificación de la interfaz:

El compuesto se puede usar como agente de acoplamiento de silano para mejorar la fuerza de unión interfacial entre los materiales orgánicos e inorgánicos y mejorar las propiedades mecánicas, la estabilidad térmica y la resistencia a la humedad del material compuesto.

4. Principios en aplicaciones prácticas

Recubrimientos y adhesivos: utilizado como agente de acoplamiento para mejorar la adhesión entre sustrato, recubrimiento y capa adhesiva.

Compuestos: Mejora de la resistencia a la unión interfacial en compuestos reforzados con fibra de vidrio.

Modificación de poliuretano: utilizado para la funcionalización de los materiales de poliuretano para mejorar la resistencia a la intemperie y las propiedades mecánicas de los materiales.

Ⅳ. Solicitud:

 

Como agente de acoplamiento de silano funcional, el 3-isocianatepropiltrimetoxisilano se usa principalmente para mejorar las propiedades de la interfaz entre los materiales orgánicos e inorgánicos. Sus usos tradicionales incluyen:

Recubrimientos y adhesivos:

Como promotor de adhesión, mejora la adhesión de recubrimientos o capas adhesivas en superficies inorgánicas como vidrio, metal y cerámica.

Especialmente en recubrimientos de poliuretano y sistemas de resina epoxi, los grupos de isocianato reaccionan con hidrógeno activo para mejorar el enlace interfacial.

Aplicaciones innovadoras de 3-isocianatepropyltrimetoxisilano:

Con el desarrollo de materiales funcionales y tecnologías de fabricación avanzadas, la aplicación de 3-isocianatepropiltrimetoxisilano en nuevos campos continúa expandiéndose:

Nanocompuestos:

Aplicada a la modificación de nanofiller, la nano-sílica, la nano-alúmina, etc. se dispersan uniformemente en la matriz de polímeros a través de la acción del agente de acoplamiento para preparar materiales compuestos de alto rendimiento.

Materiales de impresión 3D:

Se utiliza en los sistemas de resina de impresión 3D como un aditivo activo para mejorar la resistencia de la unión entre las capas impresas y las propiedades mecánicas del producto terminado.

Materiales biomédicos:

Como parte de un recubrimiento funcional para mejorar el enlace entre biomateriales e implantes metálicos, como la modificación de la superficie de los implantes ortopédicos.

Nuevo campo de energía:

Aplicado a los separadores de baterías de litio o recubrimientos de electrolitos para mejorar la estabilidad de la interfaz y la resistencia al calor, y mejorar la vida útil del ciclo de la batería y el rendimiento de seguridad.

Materiales compuestos resistentes a la alta temperatura:

En los materiales de sellado aeroespacial y de alta temperatura, se usa como un modificador para mejorar la resistencia a alta y baja temperatura y la estabilidad de oxidación térmica del material.

Recubrimientos funcionales inteligentes:

Utilizado para la preparación de recubrimientos funcionales especiales, como la autolimpieza, la antifouling y el antibacteriano, y el fuerte enlace entre el recubrimiento y el sustrato se logra a través de agentes de acoplamiento.

Materiales ecológicos:

Se utiliza para desarrollar recubrimientos con bajo VOC (compuestos orgánicos volátiles) para optimizar el rendimiento de la construcción y la amabilidad ambiental.

Nuevos materiales ópticos:

Se utiliza en materiales de resina óptica para mejorar la transmitancia de la luz y mejorar la estabilidad de las propiedades ópticas, y es adecuado para hacer lentes de alto rendimiento y componentes de visualización.

Materiales compuestos:

Se utiliza en plásticos reforzados con fibra de vidrio (FRP) y materiales compuestos reforzados de relleno mineral para mejorar la unión de interfaz entre rellenos inorgánicos y resinas orgánicas, y para mejorar la resistencia mecánica y la durabilidad.

Elastómeros y selladores:

Utilizado en elastómeros y selladores de poliuretano, puede mejorar la resistencia al desgaste, la flexibilidad y la adhesión a varios sustratos a través del efecto de acoplamiento, mejorando así el sellado y la durabilidad del producto.

Modificación de plástico:

Los polímeros modificados, como las poliolefinas y las poliamidas, pueden mejorarse en la durabilidad y las propiedades mecánicas en ambientes húmedos a través de la acción de los agentes de acoplamiento, ampliando así su rango de aplicación.

Procesamiento textil y en papel:

Se utiliza para mejorar la adhesión y la resistencia a la rotura de las fibras textiles o las superficies de papel. A través del tratamiento de agentes de acoplamiento, puede mejorar la resistencia de unión entre fibras o papel y recubrimientos, adhesivos y otros materiales, mejorando así la durabilidad y la estética del producto.

Ⅴ. Pensamientos finales

El 3-isocianatepropiltrimetoxisilano ha jugado un papel importante en las aplicaciones tradicionales debido a su actividad química única, y impulsado por la tecnología moderna, tiene un gran potencial para aplicaciones innovadoras en nuevas energía, materiales inteligentes, nanotecnología y otros campos. Este silano funcional se ha convertido en una herramienta importante para mejorar el rendimiento del material y ampliar el alcance de las aplicaciones de materiales, proporcionando un fuerte apoyo para el desarrollo de múltiples industrias.

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