多面体笼型倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS)是一种由Si-O-Si为骨架结构的新型无机／有机杂化分子。根据POSS上Si原子所连接的取代基团不同,可以将POSS引入到不同类型的聚合物体系中,提高POSS/聚合物杂化材料的机械性能、力学性能、热性能、抗氧化性能、阻燃性能等。因此,开发多功能POSS单体以及POSS/聚合物杂化材料可以拓宽材料的应用领域。本文采用水解缩合法和官能团转化法分别制备八乙烯基倍半硅氧烷(OvPOSS)和环氧基倍半硅氧烷(Epoxy-POSS),优化产物的合成工艺。同时,研究了环氧基倍半硅氧烷的引入对聚合物热稳定性的影响。主要工作内容如下：1、以乙烯基三氯硅烷单体和去离子水为原料,丙酮为溶剂,利用水解缩合法合成OvPOSS,通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、核磁共振(’HNMR、29SiNMR)、热重分析(TGA)对OvPOSS的结构与性能进行表征。并对影响OvPOSS产率的因素,如反应时间、反应温度、水的用量进行了探究。获得较佳工艺条件：去离子水较适体积分数为24.1%,即单体、去离子水、丙酮的体积比为2∶7∶20,40℃下反应72h,最高产率为14.0%。2、以OvPOSS为原料,采用官能团转化法合成Epoxy-POSS.通过FTIR、XRD、1HNMR、29SiNMR对Epoxy-POSS的结构进行表征。探究了过氧化氢浓度、反应时间、反应温度、酸体积比等对OvPOSS环氧化程度的影响。研究发现,当使用高浓度H2O2,CH3COOH:H2O2=0.5:1,温度60℃,反应12h,OvPOSS环氧化程度较高。3、制备环氧基倍半硅氧烷／环氧树脂杂化材料(Epoxy-POSS/EP),通过XRD、TGA、差示扫描量热仪(DSC)对Epoxy-POSS/EP杂化材料结构与热性能进行了分析。XRD图谱发现,Epoxy-POSS中环氧基与丙烯酸发生酯化反应难度较大,仍然有部分Epoxy-POSS以晶体块的结构分布在杂化材料中。TGA研究表明,5wt%Epoxy-POSS的加入使环氧树脂的热分解温度(Td)下降了19.8℃,杂化材料的残留率增加了12.2%。DSC研究表明,不同含量Epoxy-POSS/EP杂化材料的玻璃转化温度(Tg)随着Epoxy-POSS含量的增加而减小,从原来的145.4℃降低至119.8℃。图[24]表[8]参[75]
