多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)雜化材料的制備及其應(yīng)用.pdf

1、多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)在納米尺寸上具有典型的六面體籠型三維立體結(jié)構(gòu)，由無(wú)機(jī)內(nèi)核Si-O-Si和環(huán)繞在無(wú)機(jī)籠型內(nèi)核8個(gè)硅頂點(diǎn)的有機(jī)取代基團(tuán)R所構(gòu)成。與聚合物有良好的相容性，可以制備真正的分子水平以及納米尺寸的納米級(jí)復(fù)合材料。利用POSS對(duì)聚合物基體進(jìn)行改性，可以提高材料的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、力學(xué)性能、阻燃性能以及抗氧化性等。因此，研究新型POSS類(lèi)雜化材料以及POSS改性聚合物雜化材料具有重要的實(shí)用價(jià)值以及理論意義。本論文的主要

2、研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、采用直接水解縮合法制備了不完全縮合三羥基七甲基倍半硅氧烷(T7)，并應(yīng)用FTIR、XRD、1H-NMR、29Si-NMR、SEM以及TG-DTG對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、性能和熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行表征分析。測(cè)試結(jié)果表明:不完全縮合三羥基七甲基倍半硅氧烷具有典型的籠型缺角結(jié)構(gòu)，其熱分解過(guò)程只有一個(gè)失重過(guò)程，在約160℃開(kāi)始，到約318℃時(shí)結(jié)束，失重率為16.64％，主要是由于羥基脫水縮合以及Si-C鍵的斷裂和重組所造成的。計(jì)

3、算得到T7活化能（Eα）平均值為128.5±5.5 kJ mol-1，最慨然反應(yīng)機(jī)理函數(shù)的積分形式為:g(α)=-ln(1-α)1.05(No.15)，指前因子(A)的平均值為1.02×1011 s-1。
　　2、采用直接水解縮合-共沉淀法制備了POSS/Sb2O3、POSS/MgO、POSS/Al(OH)3三種復(fù)合阻燃材料。并應(yīng)用其對(duì)聚碳酸酯(PC)的阻燃性能進(jìn)行改性，測(cè)試改性前后PC復(fù)合材料的極限氧指數(shù)(LOI)、水平垂直燃燒

4、等級(jí)(UL-94)以及熱穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果表明:POSS/Sb2O3、POSS/MgO以及POSS/Al(OH)3復(fù)合阻燃材料在PC中的最佳添加量為4％。PC基體的極限氧指數(shù)(LOI)分別達(dá)到28.3％、28.6％和29.6％,殘余質(zhì)量也分別提高0.4％、7.2％和8.7％，阻燃等級(jí)(UL-94)均達(dá)到V-0級(jí)。POSS/Sb2O3、POSS/MgO和POSS/Al(OH)3復(fù)合阻燃材料的添加稍微降低了PC阻燃復(fù)合材料的熱分解初始溫度，但

5、對(duì)復(fù)合材料的整體熱穩(wěn)定性能影響很小。
　　3、采用頂點(diǎn)-戴帽法，以不完全縮合七聚倍半硅氧烷(T7)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)為原料，制備單氨基籠型倍半硅氧烷(T8)，應(yīng)用FTIR、XRD、1H-NMR、29Si-NMR、SEM以及TG-DTG對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、性能和熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行表征分析。按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)0％、1％、2％、4％將T8-NH2添加到環(huán)氧樹(shù)脂E44中，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂E44進(jìn)行改性，得到POSS改性的POSS-E44

6、環(huán)氧樹(shù)脂，涂覆于普通低碳鋼表面制備成POSS/E44復(fù)合涂層，采用SEM、涂層浸泡增重實(shí)驗(yàn)、極化曲線(xiàn)以及鹽霧試驗(yàn)對(duì)POSS/E44復(fù)合涂層的耐腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:(1)T8-NH2具有典型的六面體籠型結(jié)構(gòu)，熱分解過(guò)程分為兩個(gè)明顯的階段，第一個(gè)階段從100℃開(kāi)始，257℃結(jié)束，失重率為9.96％，主要是由于T8-NH2結(jié)晶水受熱失水所致;第二個(gè)階段起始溫度為419℃，結(jié)束溫度為720℃，失重率為18.20％，原因是T8-NH2

7、的有機(jī)“臂”的分解以及Si-O-Si網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在高溫下氧化分解生成SiO2。計(jì)算得到T8-NH2熱分解第一階段和第二階段活化能（Eα）平均值分別為82.6±4.9，92.8±9.0 kJ mol-1，最慨然反應(yīng)機(jī)理函數(shù)的積分形式分別為:g(α)=(1-α)-0.425-1(No.3)，(ii)g(α）=（1-α）-0.5-1(No.3)，指前因子(A)的平均值分別為5.42×108，4.40×104s-1。(2) T8-NH2改性環(huán)氧樹(shù)脂