脲基硅烷偶联剂用作粘合助剂,通过被粘体的极性官能团发生化学相互作用而表现出有效地粘合性,可用于改善复合材料界面性能,增加无机/有机界面的粘接性,疏水性还可提高复合材料抗开裂性。γ-脲丙基三乙氧基硅烷就是其中一种重要的硅烷偶联剂，兼具脲基的反应活性和硅烷的水解交联特性。
目前y-脲丙基三乙氧基硅烷的合成主要有以下几种方式,(1)在特殊的反应设备中,低温加压下使异氰酸酯硅烷与氨气反应;(2)使用过量的氨基甲酸酯与氨丙基硅烷在有机锡催化剂的作用下反应;(3)氨丙基硅烷与尿素在有机锡催化剂的作用下反应。由于γ-脲丙基三乙氧基硅烷在常温下为白色蜡状物,沸点高不易纯化,因此目前市售产品的纯度大都在95%左右。γ-脲丙基三乙氧基硅烷可溶于乙醇、丙酮、甲苯等有机溶剂，遇水缓慢水解（水解产物为硅醇，易发生缩合反应），与多数树脂体系（如环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂）相容性良好。
合成方法
在装有温度计、冷凝管的250mL三口烧瓶中,加入尿素,氮气保护下,升温至120℃时,加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷后,控制氮气流速同时将体系温度升至135℃,反应2h后,降温至65℃,减压下脱除生产的氨气后,得到γ-脲丙基三乙氧基硅烷,经核磁确认结构。
确定反应条件为反应物配比为γ-氨丙基三乙氧基硅烷∶尿素=1∶1.03,反应时间为2h,反应温度为135℃,在该条件下γ-脲丙基三乙氧基硅烷的含量在99%以上[1]。
结构表征[1]
1、红外光谱分析
图中,3338cm-1为γ-脲丙基三乙氧基硅烷脲基上N-H的伸缩振动吸收峰,1651cm-1处为C=O的伸缩振动吸收峰,1071cm-1处为Si-O-C的伸缩振动吸收峰, 953 cm-1为-O-CH2CH3的振动吸收峰。
2、γ-脲丙基三乙氧基硅烷的核磁H-NMR分析
γ-脲丙基三乙氧基硅烷的1H-NMR谱图如图。δ:0.61(m,2H),由于分子中的脲基和Si-O-CH2的氧原子易形成氢键,使a位上的氢产生多重峰;δ:1.2(m,9H)由于受脲基的影响,使Si-O-CH2CH3甲基上的氢产生多重峰;δ:1.6(m,2H)由于受a位和c位上亚甲基的影响使b位上氢产生多重峰;δ:3.1 (m,2H)由于受到脲基的影响,使c位上的氢产生 多重峰;δ:3.8(m,6H)由于分子中的脲基和Si-O-CH2的氧原子易形成氢键,使e位上的氢产生多重峰;δ:4.8 和5.3为脲基峰。
参考文献
[1]车国勇,翟天元,李平,等. γ-脲丙基三乙氧基硅烷的制备及表征[J]. 化学研究与应用,2015(1):110-112. DOI:10.3969/j.issn.1004-1656.2015.01.020.