多羟基有机-无机杂化纳米结构单元POSS的制备与应用研究

• 作 者: 付强
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 有机-无机杂化 POSS 溶胶-凝胶法 改性 正交试验

POSS(Polyhedral oligomeric Silsesquioxanes,多面体低聚倍半硅氧烷)是一类结构简式为(RSiO1.5)n(可以简称为Tn)的有机-无机杂化材料,其特殊的笼型结构及与聚合物良好的结合性,使其具有良好的改性效果.本文主要研究多羟基有机-无机杂化纳米结构单元POSS的制备工艺,并探索用此材料进行改性环氧树脂的研究.该文利用溶胶-凝胶法制备结构单元POSS.以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(γ-APS)与苯基缩水甘油醚(PGE)为原材料,合成出中间体SP<,l>/SP<,2>.在催化剂的作用下,用溶胶-凝胶法进一步将中间体合成为有机/无机杂化纳米结构单元体POSS.在由SP<,l>/SP<,2>合成POSS过程中,根据正交试验原理,设计了制备纳米结构单元POSS的正交试验方案.此正交试验方案由九个试验完成,每个试验各在8h、16h、24h、48h时取样,共取36个样品,然后对36个试验结果进行测试,根据测试结果进行了因素、水平优化计算,得到优化的制备工艺条件,并对其进行了验证试验,验证试验结果表明优化计算得到的结果就是最佳的制备工艺条件.对制备出的有机/无机杂化材料纳米结构单元体POSS进行了红外光谱(FTIR)分析、质谱(UV-MALDI-TOF)分析、凝胶渗透色谱(GPC)分析、核磁共振波谱(NMR)分析,验证了产物的分子结构:其内核是由Si-O-Si键构成的六面体笼形结构,每个Si原子连有一个支链,一个结构单元体共连有八个支链,每个支链都带有两个活性基团—羟基.有机-无机杂化纳米结构单元体POSS具有多个羟基,因羟基是活性基团,POSS可与多种具有活性基团的聚合物进行聚合.在聚合物分子链上引入有机/无机杂化结构单元体POSS,可改善聚合物的性能,这是本文制备产物的一个应用.环氧树脂是目前应用最广的一类热固性聚合物,对其进行改性,提高耐热、力学性能,以应用到高科技领域是环氧固化体系的主要发展方向,本论文初步进行了用POSS改性环氧树脂的研究.用差示扫描量热法(DSC)研究改性材料的固化剂用量、固化温度等适宜的固化条件;用热重法检测改性材料的耐热性;用纳米压痕法检测改性材料的硬度、弹性模量;用纳米划痕法检测改性材料的耐磨性.测试结果表明因改性材料的固化体系中引入了Si-O-Si键,提高了材料的耐热性、硬度、弹性模量、耐磨性等机械性能.