硅酸乙酯水解液水解原理
正 硅 酸 四 乙 酯水解
正硅酸四乙酯水解是一种常见的化学反应，其在实际应用中具有重要意义。
本文将从深度和广度两个方面对正硅酸四乙酯水解进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章，以便读者能更全面、深入地了解这一主题。
一、正硅酸四乙酯水解的基本概念1.1 正硅酸四乙酯的结构和性质正硅酸四乙酯是一种有机硅化合物，其化学结构如下：(CH3CH2O)3SiOSi(OC2H5)3它是一种无色透明的液体，常用作有机硅单体，具有较好的热稳定性和化学稳定性。
1.2 水解反应的基本原理正硅酸四乙酯水解是指在水的存在下，正硅酸四乙酯与水发生化学反应，生成硅酸乙酯和乙醇。
该反应的化学方程式如下：(CH3CH2O)3SiOSi(OC2H5)3 + 4H2O → 3Si(OH)4 + 3C2H5OH在该水解反应中，正硅酸四乙酯分子中的硅-氧键被水分子打破，生成多个硅醇基团和乙醇。
这一反应在有机合成、材料制备等领域具有重要应用价值。
1.3 正硅酸四乙酯水解的影响因素正硅酸四乙酯水解受多种因素的影响，如水的浓度、温度、酸碱性等。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素，以控制水解反应的速率和产物选择性。
二、正硅酸四乙酯水解的应用领域及意义2.1 有机合成中的应用正硅酸四乙酯水解可以提供硅醇基团，用于有机合成中的硅氧化合物合成。
通过控制水解反应条件和反应体系，可以实现对硅醇基团的选择性引入，为有机合成提供了重要的手段。
2.2 无机材料制备中的应用正硅酸四乙酯水解产生的硅醇基团可用于无机材料制备，如硅氧烷聚合反应、溶胶-凝胶法制备二氧化硅凝胶等。
这些材料在光学、催化、传感等领域具有重要应用价值。
2.3 表面修饰和涂料加工领域的应用通过控制正硅酸四乙酯水解反应，可以获得具有不同硅醇基团官能化程度的产物，用于表面修饰和涂料加工。
这在汽车、建筑、电子等领域有着广泛的应用。
三、对正硅酸四乙酯水解的个人理解与观点从我个人的角度来看，正硅酸四乙酯水解是一种具有重要应用前景的化学反应。
TEOS的水解
文章编号：１６７３－５１９６（２０１１）０３－００７４－０３ＴＥＯＳ的水解陈 奎１，张天云２，赵宇杰１，杨 扬２（１．兰州城市学院培黎工程技术学院，甘肃兰州 ７３００７０；２．兰州城市学院信息网络中心，甘肃兰州 ７３００７０）摘要：为了获得充分水解且尽量避免缩聚的正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）水解产物，在对ＴＥＯＳ水解的影响因素进行分析的基础上，结合水解时间，采用傅利叶红外光谱研究ＴＥＯＳ的水解工艺．结果表明，将质量比为７５∶１００∶１００∶６的ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ、ＥｔＯＨ和硝酸溶液（硝酸和水的质量比为１∶２０配成）在常温条件下搅拌或静置至澄清，可得到水解完全，且基本未发生缩聚的ＴＥＯＳ水解产物．该水解产物随着存储时间的延长逐渐发生缩聚，应该尽快使用．关键词：正硅酸乙酯；水解；缩聚中图分类号：Ｏ６２１．２ 文献标识码：ＡＨｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ＴＥＯＳＣＨＥＮ Ｋｕｉ １，ＺＨＡＮＧ Ｔｉａｎ－ｙｕｎ２，ＺＨＡＯ Ｙｕ－ｊｉｅ１，ＹＡＮＧ Ｙａｎｇ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｅｉｌｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｈｙｄｒｏｌｙｚａｔｅ ｗｉｔｈ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｓ ｌｅｓｓ ｗｈｉｌｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ａｓ ｐｏｓｓｉ－ｂｌｅ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＴＥＯＳ ａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ＴＥＯＳ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ＴＥＯＳｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ＦＴＩＲ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｔｉｍｅ ａｓ ａ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔｂｙ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｑｕｉｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ＴＥＯＳ－Ｈ２Ｏ－ＥｔＯＨ－ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｗｉｔｈ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ７５∶１００∶１００∶６（ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｂｅｉｎｇ ｍｉｘｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ １∶２０）ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｎｔｉｌ ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｂｅｃａｍｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ，ａｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ＴＥＯＳ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ａｎｄｎｏ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｂｙ ａｎｄ ｌａｒｇｅ．Ｔｈｉｓ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｕｔ ｉｎｔｏ ｕｓａｇｅ ａｓ ｓｏｏｎ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｆｅａｒｌｅｓｔ ｉｔｓ ｇｒａｄｕａｌ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｉｍｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅｓ；ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ 正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）结构中，烷氧基与硅之间的化学键很不牢固，在催化剂作用下，很容易发生水解，产生Ｓｉ—ＯＨ．近年来，根据这一现象，以ＴＥＯＳ水解产生的Ｓｉ—ＯＨ与其他物质进行反应，制作复合材料受到了研究人员的重视［１－３］．虽然有不少学者对ＴＥＯＳ水解与缩合形成溶胶－凝胶的转化过程进行了大量的研究［４－８］，但关于使ＴＥＯＳ充分水解，且水解生成的Ｓｉ—ＯＨ尽量避免缩聚这方面的工艺研究鲜见报道．已有研究表明［７］：酸性条件有利于发生水解反应，碱性条件有利于发生缩聚反应．因此，基于本文的研究目标，选择酸作为催化剂．由于ＴＥＯＳ与水互不相溶，需要加共溶剂，参考文献［８］，选择乙醇 收稿日期：２０１０－１１－１８ 作者简介：陈 奎（１９７８－），男，江苏盐城人，博士，副教授．（ＥｔＯＨ）作共溶剂．１ 实验部分１．１ 实验所用原料ＴＥＯＳ（分析纯），天津市永大化学试剂开发中心；硝酸（分析纯）广州市东红化工厂；ＥｔＯＨ（分析纯）广东化学试剂二厂．１．２ ＴＥＯＳ水解溶液的制备将一定配比的ＴＥＯＳ、ＥｔＯＨ、水和硝酸溶液投入到密闭容器中，一定温度下静止或搅拌反应一段时间，直到溶液透明无浑浊，即得到ＴＥＯＳ的水解溶液．１．３ 结构表征采用美国Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ公司Ｔｈｅｒｍｏ Ｎｉｃｏ－ｌｅｔ ４７０／６７０／８７０型红外吸收光谱仪对水解溶液进行傅利叶红外（ＦＴＩＲ）分析．第３７卷第３期２０１１年６月兰 州 理 工 大 学 学 报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３７Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０１１２ 结果与讨论ＴＥＯＳ在酸催化作用下进行的水解、缩聚反应，主要受水含量、共溶剂ＥｔＯＨ量、酸的浓度、反应温度和搅拌速度这几个因素影响．２．１ 水含量的影响水含量是影响产物结构和性质的关键因素．为了使ＴＥＯＳ充分水解，应尽量提高水含量；此外，过多的水还可抑制水解产生的Ｓｉ—ＯＨ发生缩聚反应．２．２ 反应温度虽然已有研究［７］表明，提高反应温度有利于水解反应，但ＴＥＯＳ的催化水解活性很高，在常温下就能快速进行．为简化工艺，本文选择常温作为反应条件．２．３ 酸含量的影响酸在反应中催化水解过程，继而发生缩聚反应．其含量高时，水解和缩聚都很快；含量低时，缩聚由水解速率控制．需要根据实验结果确定酸含量．实验表明，常温静置条件下，ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ和ＥｔＯＨ分别为７５、１００和１００份时，随着酸含量（以硝酸和水的质量比为１∶２０配成的硝酸溶液）的增加，ＴＥＯＳ与水的反应速度加快，ＴＥＯＳ水溶液达到澄清，即完成水解所需时间明显降低（硝酸溶液为０、３、６和９份时，对应的ＴＥＯＳ水溶液达到澄清所需要的时间分别为无穷大、２４０、１４０和１００ｍｉｎ），与上述分析一致．图１是ＴＥＯＳ及不同酸量所得ＴＥＯＳ水解产物的红外图谱．由图可见，与ＴＥＯＳ的红外图谱对比发现：不管酸量如何，２ ９７８．２和２ ８８５．３ｃｍ－１处Ｓｉ—ＯＣ２Ｈ５上的Ｃ—Ｈ伸缩振动在水解产物的红外图谱中消失，也可能被水在３ ４２９处水的ＯＨ振动峰图１ ＴＥＯＳ及不同酸量所得ＴＥＯＳ水解产物的红外图谱Ｆｉｇ．１ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ＴＥＯＳ ａｎｄ ＴＥＯＳ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄ－ｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＨＮＯ３ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ遮盖；９５６．９ｃｍ－１处可能是Ｓｉ—Ｏ（Ｈ）伸缩振动峰，也可能是ＴＥＯＳ在９６５．４ｃｍ－１处的Ｓｉ—Ｏ—Ｃ对称伸缩振动发生了迁移；１ ０６８．０和８４７．５ｃｍ－１处未出现Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ特征峰，说明缩聚反应基本未发生．此外，相对于其他酸含量而言，硝酸溶液为６份时，产物的红外图谱中，ＴＥＯＳ在１ １６７．４和７９３．６ｃｍ－１处Ｓｉ—Ｏ—Ｃ的不对称和对称伸缩振动峰基本消失，说明此酸量对应的ＴＥＯＳ水解效果最好．因此，后续工作以６份作为硝酸溶液的加入量．２．４ ＥｔＯＨ含量适量的共溶剂ＥｔＯＨ能促使反应均相稳定进行．虽然ＥｔＯＨ是通过对反应溶液浓度的影响来对水解－缩聚过程形成影响，即在其他条件不变的情况下，ＥｔＯＨ含量的增加对溶液有稀释作用，可加快ＴＥＯＳ与水的反应速度．但由于ＥｔＯＨ也带有羟基，也可能与ＴＥＯＳ水解生成的羟基发生缩聚反应或直接因为其存在而抑制ＴＥＯＳ的水解，这是不希望出现的，因此这里不能单纯认为ＥｔＯＨ的含量越高越好．实验表明，常温静置条件下，ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ和硝酸溶液分别为７５、１００和６份时，随着ＥｔＯＨ含量的增加，ＴＥＯＳ与水的反应速度加快（ＥｔＯＨ为０、４０、７０和１００份时，对应的ＴＥＯＳ水溶液达到澄清所需要的时间分别为无穷大、４２０、２１０、１４０ｍｉｎ），完成水解所需的时间明显降低，与前面的分析一致．图２是不同ＥｔＯＨ含量所得ＴＥＯＳ水解产物的红外图．由图可见，ＥｔＯＨ为７０份时，反应产物在７９３．６ｃｍ－１处Ｓｉ—Ｏ—Ｃ的对称伸缩振动峰未消失，说明水解不够完全；而在１ １０４．６和１ ０８２．０ｃｍ－１处Ｓｉ—Ｏ伸缩振动峰向１ ０７９ｃｍ－１处偏移，有生成Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ峰的趋势，说明水解产物有可能部分发生了缩聚，即当前含量的ＥｔＯＨ，无法实现ＴＥＯＳ充分图２ 不同ＥｔＯＨ含量所得ＴＥＯＳ水解产物的红外图谱Ｆｉｇ．２ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ＴＥＯＳ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｉｔｈ ｄｉｆ－ｆｅｒｅｎｔ ＥｔＯＨ ｃｏｎｔｅｎｔ·５７·第３期 陈 奎等：ＴＥＯＳ的水解 水解且尽量避免发生缩聚反应．结合实验结果（１００份ＥｔＯＨ含量对应水解时间最短），确定１００份作为ＥｔＯＨ的加入量．２．５ 搅拌速度的影响图３是静置与磁力搅拌两种条件下所得ＴＥＯＳ水解产物的红外图谱（常温条件下，ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ、ＥｔＯＨ和硝酸溶液分别为７５、１００、１００和６份）．由图可见，虽然实验发现，搅拌大大加快了ＴＥＯＳ在水溶液中的反应速度（由静置１４０ｍｉｎ实现澄清到搅拌条件下７５ｍｉｎ实现澄清），但所得水解产物的红外图谱基本不变．说明搅拌除了提高ＴＥＯＳ与水的反应速率外，对水解产物没有什么大的影响．这应归因于ＥｔＯＨ存在的条件下，ＴＥＯＳ与水的相容性较好．图３ 静置和搅拌条件下所得ＴＥＯＳ水解产物的红外图谱Ｆｉｇ．３ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ＴＥＯＳ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎｃａｓｅ ｏｆ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｑｕｉｅｔｉｎｇ２．６ 储存时间的影响图４是ＴＥＯＳ水解产物（常温静置条件下，ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ、ＥｔＯＨ和硝酸溶液分别为７５、１００、１００图４ ＴＥＯＳ水解产物不同储存时间对应的红外图谱Ｆｉｇ．４ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ＴＥＳＯ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｉｍｅ和６份）存储不同时间对应的红外图．由图可见，存储３ｄ，红外图谱基本无变化；但存储６ｄ后，产物的红外图谱在１ ０６８．０和８４７．５ｃｍ－１处出现明显的Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ峰，说明随着存储时间的延长，ＴＥＯＳ水解产物会逐渐发生缩聚．因此制备的ＴＥＯＳ水解产物不能存放太长时间．３ 结论通过上述研究，得到ＴＥＯＳ的水解工艺，即质量比为７５∶１００∶１００∶６的ＴＥＯＳ、Ｈ２Ｏ、ＥｔＯＨ和硝酸溶液（硝酸和水的质量比为１∶２０配成）在常温条件下搅拌或静置至澄清．所得产物完全水解，且水解产生的Ｓｉ—ＯＨ基本未发生缩聚反应．该水解产物随着存储时间的延长逐渐发生缩聚，应该尽快使用．参考文献：［１］ 颜培力，郭 爽，马铁成，等．紫外光诱导甲基丙烯酸甲酯／二氧化硅复合微粒的制备研究［Ｊ］．无机盐工业，２００７，３９（６）：１８－２０．［２］ 张正国，黄弋峰，方晓明，等．硬脂酸／二氧化硅复合相变储热材料制备及性能研究［Ｊ］．化学工程，２００５，３３（４）：３４－３８．［３］ 尤 宏，张兴文，吕祖舜，等．正硅酸乙酯改性的ＧＰＭＳ有机－无机材料研究［Ｊ］．材料科学与工艺，２００３，１１（４）：４３０－４３３．［４］ ＳＡＫＫＡ Ｓ，ＫＡＭＩＹＡ Ｋ．Ｔｈｅ Ｓｏｌ－Ｇｅｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｌｙ－ｓｉｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ａｌｋｏｘｉｄｅｓ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓａｎｄ ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ，１９８２，４８：３１－４６．［５］ 王 芳．ＴＥＯＳ溶胶凝胶法制备二氧化硅／有机硅复合体系［Ｄ］．北京：地质大学，２００６．［６］ 顾宇辉，古宏晨，徐 宏，等．正硅酸乙酯水解过程的半经验量子化学研究［Ｊ］．无机化学学报，２００３，１９（１２）：１３０１－１３０６．［７］ 余锡宾，吴 虹．正硅酸乙醋的水解、缩合过程研究［Ｊ］．无机材料学报，１９９６，１１（４）：７０３－７０７．［８］ 霍玉秋，翟玉春，童华南．３种共溶剂对正硅酸乙酯水解的影响［Ｊ］．东北大学学报：自然科学版，２００４，２５（２）：４３０－４３２．·６７· 兰州理工大学学报 第３７卷。
正硅酸乙酯水解过程的半经验量子化学研究
正硅酸乙酯水解过程的半经验量子化学研究顾宇辉;古宏晨;徐宏;韩哲文【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2003(019)012【摘要】通过半经验量子化学方法研究了正硅酸乙酯的最优化分子几何结构并推断了催化水解机理.通过用MNDO方法求得正硅酸乙酯在不同条件下水解反应过程的位能曲线,研究了不同催化剂对正硅酸乙酯水解反应过程的影响.计算结果表明,碱催化过程是一个放热过程,硅原子可从原先的4配位的正四面体结构向6配位的八面体结构转变.而在酸性条件下,水合质子作为亲电试剂,可以使正硅酸乙酯的烷氧基质子化,从而增加了正硅酸乙酯的亲电能力.质子化后的正硅酸乙酯容易被亲核试剂所进攻,进攻过程是一个SN2亲核取代反应过程.计算结果表明,在有氟离子参与的反应过程中,氟离子对正硅酸乙酯亲核进攻所形成的6配位结构易与亲核试剂水分子发生亲核反应.这些结论对实验研究将起到很重要的指导意义.【总页数】6页(P1301-1306)【作者】顾宇辉;古宏晨;徐宏;韩哲文【作者单位】华东理工大学材料科学与工程学院,上海,200237;上海交通大学纳米科学与技术工程中心,上海,200030;上海交通大学纳米科学与技术工程中心,上海,200030;华东理工大学材料科学与工程学院,上海,200237【正文语种】中文【中图分类】O613.72;O623.411;O641.12+1【相关文献】1.正硅酸乙酯水解-缩合过程的动态激光光散射研究 [J], 王芳;刘剑洪;罗仲宽;张黔玲;陈敬中;袁洁2.正硅酸乙酯水解过程的研究进展 [J], 王喜贵;赵慧;张强;吴红英3.聚酯催化缩聚与热降解过程的半经验量子化学研究 [J], 顾宇辉;古宏晨;徐宏;韩哲文4.涂料用正硅酸乙酯水解过程影响因素研究 [J], 娄三钢5.正硅酸乙酯的水解,缩合过程研究 [J], 余锡宾;吴虹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
[整理]正硅酸乙酯水解
![[整理]正硅酸乙酯水解](https://img.taocdn.com/s3/m/f716531dba68a98271fe910ef12d2af90342a853.png)
利用凝胶色谱技术(GPC)系统研究正硅酸乙酯水解产物聚合过程动力学,测定动态聚合物分子量分布。
实验结果表明, 聚合物具有一定的分子量分布范围; 首次发现不论是否加HCl,正硅酸乙酯水解产物聚合反应类型都是缩聚反应, 缩聚机理和弱酸性水溶液硅酸相似,缩聚后期重均分子量对数log(Mw)和反应时间成线性关系,并且H2O/Si(OEt)4≥6时缩聚后期聚合物分子量分布出现2个聚合物分布峰; HCl抑制缩聚反应,而H2O 促进缩聚反应。
用CC-9A气相色谱仪测定并计算了正硅酸乙酯水解与缩合形成溶胶-凝胶的转化过程中的ROH、H_2O、Si-OR、Si-OH的浓度变化.研究了温度、pH对水解与缩合反应的影响.得出了水解与缩合反应机理与速率常数.发现酸性体系对水解有利而对缩合不利;且缩合反应主要是在硅醇之间进行.碱性体系对缩合有利而对水解不利;且缩合反应主要是在硅醇与硅酯之间进行.【正题名】: 正硅酸乙酯水解制备二氧化硅纳米粉体的研究【作者】: 迟广俊【出版年】: 2000【总页数】: 65【授予学位】: 硕【授予学位单位】: 鞍山钢铁学院【导师姓名】: 赵国鹏周英彦【馆藏号】: Y338825【分类号】: O69【关键词】: 液相法纳米二氧化硅制备双滴加【正文语种】: CHI【文摘语种】: CHI【文摘】:该文采用乙醇为溶剂、以TEOS为原料首次研究了在该体系下通过水解法制备SiO<,2>纳米粉体的工艺及其各因素的影响规律,对其成核、长大及团聚机理进行探讨。
主要结果如下：1、在低TEOS 浓度和高TEOS浓度下,对TEOS浓度、NH<,3>浓度、H<,2>O浓度对最终粒径的影响进行了研究。
实验研究表明,在低TEOS浓度下,溶液内沉淀含固量较低,所制备的粒子单分散性较好,粒径偏大(主要在80nm-173-nm之间)；随着TEOS浓度、NH<,3>浓度、H<,2>O浓度的增加,粒子直径相应变大；随着H<,2>O 浓度的增加,粒径变化不显著。
正硅酸乙酯的水解缩合反应学习资料
正硅酸乙酯的水解缩合反应正硅酸乙酯的水解缩合反应正硅酸乙酯又称硅酸四乙酯或四乙氧基硅烷，常温下为无色液体，稍有气味。
微溶于水，溶于乙醇、乙醚。
相对密度0.9320（20/4℃），折光率1.3928，其熔点、沸点、闪点分别为-77、165.5、46℃，无水分时稳定，蒸馏时分解。
遇水逐渐分解成氧化硅。
分子式为C8H20O4Si或Si(OCH2CH3)4，分子量208.33，CAS号78-10-4结构是为：ORRO—Si—OR（R=CH2CH3）OR研究表明，正硅酸乙酯的水解缩合反应可分为3步，第一步是正硅酸乙酯形成单硅酸和醇，如式（1）所示，此即水解反应。
Si(OCH2CH3)4+H2O Si(OH)4+C2H5OH (1)第二步是第一步反应生成的硅酸之间或者硅酸与正硅酸乙酯之间发生缩合反应，如式（2）、（3）所示。
此时，Si—O—Si键开始形成。
由于二者除生成聚合度较高的硅酸外，分别生成水和醇，因此又分别称为脱水和脱醇缩合。
第三步是由此前形成的低聚合物进一步聚合形成长链的向三维空间扩展的骨架结构，因此称为聚合反应。
如式4所示。
OH OH OH OHHO—Si—OH+ HO—Si—OH + HO—Si—O—Si—OH+ H2O (2)OH OH OH OHOH O C2H5 OH OHHO—Si—OH+C2H5O—Si—OC2H5 HO—Si—O—Si—OH+ C2H5O H (3) OH O C2H5 OH OHn(Si—O—Si) (—Si—O—Si—) (4)第二步和第三步反应通常又合称为缩聚反应。
从以上4个反应对TEOS与水的反应全过程有重要影响，因为水解反应的生成物是第二步反应的反应物，而且缩聚反应常在水解反应未完全完成前就已开始了。
当水解和缩合反应发生后，反应体系中出现微小的、分散的胶体粒子，该混合物被称为溶胶；而第三步聚合反应时，这些胶体粒子通过范德华力、氢键或化学键力相互联结而形成一种空间开放的骨架结构，因而称之为凝胶。
正硅酸乙酯的水解缩合反应
正硅酸乙酯的水解缩合反应之袁州冬雪创作正硅酸乙酯又称硅酸四乙酯或四乙氧基硅烷，常温下为无色液体，稍有气味.微溶于水，溶于乙醇、乙醚.相对密度0.9320（20/4℃），折光率1.3928，其熔点、沸点、闪点分别为-77、165.5、46℃，无水分时稳定，蒸馏时分解.遇水逐渐分解成氧化硅.分子式为C8H20O4Si或Si(OCH2CH3)4，分子量208.33，CAS号78-10-4布局是为：ORRO—Si—OR（R=CH2CH3）OR研究标明，正硅酸乙酯的水解缩合反应可分为3步，第一步是正硅酸乙酯形成单硅酸和醇，如式（1）所示，此即水解反应.Si(OCH2CH3)4+H2O Si(OH)4+C2H5OH (1)第二步是第一步反应生成的硅酸之间或者硅酸与正硅酸乙酯之间发生缩合反应，如式（2）、（3）所示.此时，Si—O—Si键开端形成.由于二者除生成聚合度较高的硅酸外，分别生成水和醇，因此又分别称为脱水和脱醇缩合.第三步是由此前形成的低聚合物进一步聚合形成长链的向三维空间扩大的骨架布局，因此称为聚合反应.如式4所示.OH OHOHOHHO—Si—OH+HO—Si—OH +HO Si—O—Si—OH+ H2O (2)OHOHOHOHOH OC2H5 OH OHHO—Si—OH+C2H5O—Si—OC2H5 HO—Si—O—Si—OH+ C2H5O H (3)OH OC2H5 OH OHn(Si—O—Si) (—Si—O—Si—) (4)第二步和第三步反应通常又合称为缩聚反应.从以上4个反应对TEOS与水的反应全过程有重要影响，因为水解反应的生成物是第二步反应的反应物，而且缩聚反应常在水解反应未完全完成前就已开端了.当水解和缩合反应发生后，反应体系中出现微小的、分散的胶体粒子，该混合物被称为溶胶；而第三步聚合反应时，这些胶体粒子通过范德华力、氢键或化学键力相互联合而形成一种空间开放的骨架布局，因而称之为凝胶.有鉴于此，从微观-亚微观-宏观的尺度可将上述TEOS转变成凝胶的过程概括为单体聚合成核、颗粒生长、粒子链接3个阶段.正硅酸乙酯的水解缩聚反应可用总反应式暗示：Si(OCH2CH3)4+2H2O=SiO2+4C2H5OH研究标明，增加水/TEOS之比（以下简称“水硅比”）可以促进水解，但同时水还会稀释生成的单硅酸的浓度，同时水硅比过大还会导致已形成的硅氧键重新水解，二者共同作用的成果是凝胶化时间的延长；相反水硅比较低时，聚合速率则较快.鉴于上述成果，从化学反应平衡的角度可以看出，当水硅比小于等当量2时，TEOS相对较多，发生醇缩合反应（式（3））；而当水硅比大于2时，水解反应较快，发生较多的单硅酸和乙醇，前者发生水缩合反应（）.。
正硅酸乙酯的水解缩聚反应及其应用
正硅酸乙酯是制备有机硅树脂材料的重要原 料。 凡是含 Si-C 键的化合物通称为有机硅化合 物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基 与硅原子相连接的化合物当作有机硅化合物。 其 中 ，以 硅 氧 键 （-Si-O-Si-）为 骨 架 组 成 的 聚 硅 氧 烷，是有机硅化合物中为数最多、研究最深、应用 最广的一类，约占总用量的 90%以上。
浙 江 工 业 大 学 邬 润 德 ［9］、合 肥 工 业 大 学 等 采 用正硅酸乙酯部分水解的聚硅氧烷溶胶对丙烯酸 树脂进行接枝改性，改性的硅树脂在固化性、粘接 性、耐溶剂性等方面均优于纯硅树脂。 2.4 用于超高硬度树脂的开发
一些学者索性把正硅酸乙酯预聚物看作无机 硅，因其表面富含大量的活性－OH，它与有机硅单 体中－OR 基或与有机硅缩聚体中－OH 基缩合，形 成了无机、有机结合的共聚物，称之为 SiO2-有机 硅共聚物。 SiO2 对固化起到了交联促进剂的作用， 从而改善了共聚物的固化性， 同时高硬度无机 SiO2 的引入， 使产物硬度比自制的有机硅树脂提 高了 3 个等级， 此硬度也远远优于传统的纯有机 硅树脂和环氧改性的有机硅树脂。 2.5 用于纳米材料的开发
解掉两个乙氧基，这样有利于预期 2～3 单体缩合
的预聚物生成， 另外此类预聚物能比较好地用于
后续树脂改性。
水 解 的 同 时 也 伴 随 着 缩 合 ［6］，研 究 表 明 缩 合
机理大体有如下两种。
1. 酸催化缩合
反应可以分为两步。第一步，催化剂的质子联
结到硅羟基的氧原子上，如式（3）。
H
-
-
≡Si-OH+H+→≡Si-O-H +
有机硅在高温条件下， 聚合物中硅上的有机 基团大部分都已分解，仅剩下硅氧骨架，此时，与 耐高温颜填料配合形成的无机涂层， 可继续起到 高温保护作用。 但由于价格较贵、固化温度高、大 面积施工较困难等不利方面， 因此常制成改性树 脂加以弥补， 此时预聚物则可作为有机硅接枝的 一部分用于各类树脂（如环氧树脂、丙烯酸树脂、
正硅酸乙酯的水解缩合反应学习资料
正硅酸乙酯的水解缩合反应正硅酸乙酯的水解缩合反应正硅酸乙酯又称硅酸四乙酯或四乙氧基硅烷，常温下为无色液体，稍有气味。
微溶于水，溶于乙醇、乙醚。
相对密度0.9320 (20/4C)，折光率1.3928,其熔点、沸点、闪点分别为-77、165.5、46C，无水分时稳定，蒸馏时分解。
遇水逐渐分解成氧化硅。
分子式为C8H20O4Si或Si(OCH2CH3)4,分子量208.33，CAS号78-10-4结构是为：ORRO—Si—OR ( R=CH2CH3)OR I研究表明，正硅酸乙酯的水解缩合反应可分为3步，第一步是正硅酸乙酯形成单硅酸和醇，如式(1)所示，此即水解反应。
Si(OCH2CH3)4+H2O Sj(OH)4+C2H5OH (1)第二步是第一步反应生成的硅酸之间或者硅酸与正硅酸乙酯之间发生缩合反应，如式(2)、( 3)所示。
此时，Si—O—Si键开始形成。
由于二者除生成聚合度较高的硅酸外，分别生成水和醇，因此又分别称为脱水和脱醇缩合。
第三步是由此前形成的低聚合物进一步聚合形成长链的向三维空间扩展的骨架结构，因此称为聚合反应。
如式4所示。
OH OH OH OHHO—Si—OH+ HO—Si—OH +I HO—Si—O—Si—OH+ H2O (2)OH OH I OH OH I IO H O C2H5 OH OHHO—Si—OH+C2H5O—Si—OC2H5 HO—Si—O—Si—OH+ C2H5O H (3) OH O C2H5 I OH OH J 1n(Si—O—Si) (—Si —O—Si—) (4)第二步和第三步反应通常又合称为缩聚反应。
从以上4个反应对TEOS与水的反应全过程有重要影响，因为水解反应的生成物是第二步反应的反应物，而且缩聚反应常在水解反应未完全完成前就已开始了。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除当水解和缩合反应发生后，反应体系中出现微小的、分散的胶体粒子，该混合物被称为溶胶；而第三步聚合反应时，这些胶体粒子通过范德华力、氢键或化学键力相互联结而形成一种空间开放的骨架结构，因而称之为凝胶。
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硅酸乙酯水解液水解原理
正硅酸乙酯分子式（C 2H 5O ）4Si 。
工业硅酸乙酯中不单含有正硅酸乙酯，还有其它类型的缩聚产物，化学通式（ C 2H 5O ）2(n+1)Si n O n-1，n=1、2、3、. . . .6。
并按n 值来称呼聚合物，如n=1为单乙酯，n=2为贰乙酯，依次类推。
n 越大，其中的SiO 2含量越多。
国内生产的硅酸乙酯大多含SiO 230～34%，可把它称为硅酸乙酯32。
硅酸乙酯本身并不是溶胶，不能起粘结剂作用，必须经过水解成为水解液才具有粘结能力。
所谓水解反应就是硅酸乙酯中乙氧基（C 2H 5O ）逐步被水中的（OH ）所取代，而取代产物又不断缩聚的过程。
第一步: 水解反应
Si (OC 2H 5)4 + 4H 2O = Si (OH )4 + 4C 2H 5OH
OH H C OH
OH Si
OH OH O H H C O H C O Si
O H C O H C 5225
252525
24||
4|||
|+--→+----
第二步: 缩合反应：
O H OH OH
Si OH
O OH
Si OH
HO OH OH
Si OH
HO H O OH
Si OH
HO 2][+----→--+--
第三步：聚合反应：
X (Si -O -Si )－(-Si -O -Si -)X
OH
OH
Si OH
O OH
Si OH
HO OH OH
Si OH
O OH
Si OH
HO OH OH
Si OH
O OH
Si OH
HO OH
OH Si OH
O OH Si OH
HO OH OH
Si OH
O OH
Si OH
HO OH OH
Si OH
O OH Si OH
HO ----+----+----+
----+----+----
只有参与水解的水量足够时，才能生成硅酸 和乙醇，即硅酸在乙醇中的溶液。
硅酸中SO 2的比例与参与水解反应的水量有关。
n=1 m=2为正硅酸；
n=1 m=1为偏硅酸；n=2 m=3为二硅酸；n>1的硅酸叫做多硅酸。
当n/m=0.25时
()OH H C SiO O H O H Si O H C 5222245216494+•=+
当n/m=0.5时
()OH H C SiO O H O H Si O H C 522224528252+•=+
不同聚合形式的硅酸乙酯，如硅酸乙酯40中的四乙酯和五乙酯在水解时的需水量也不同
工艺措施
用酒精或丙酮做媒介，使水和硅酸乙酯能均匀接触并发生反应。
同时又可用酒精或丙酮作为硅酸的溶剂，以调整硅酸溶胶的浓度。
为了加速水解反应，细化胶粒，在水解时加少量HCI 作为催化剂
()()OH H C SiCI O H C HCI Si O H C 52352452+=+ ()HCI OH H C O H SiO O H SiCI O H C ++•=+5222235233。