八乙烯基笼型倍半硅氧烷的合成及其对硅橡胶性能的影响

通过乙烯基三乙氧基硅烷在酸催化下的水解缩合合成了八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OVPOSS),并将其与白炭黑(SiO_2)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行溶液共混,制得OVPOSS/SiO_2/PDMS复合材料,表征了OVPOSS及其在PDMS中的分散状况,研究了PDMS复合材料的拉伸性能和热稳定性。结果表明,制得的OVPOSS带有8个乙烯基,且其8个硅原子处于单一化学环境的稳定结构;OVPOSS在PDMS中分散良好,没有发生团聚现象;OVPOSS的加入提高了PDMS复合材料的拉伸应力、扯断伸长率、拉伸模量和热稳定性。

笼型八乙烯基倍半硅氧烷的合成及结晶行为研究

以乙烯基三乙氧基硅烷为原料,在酸催化下通过水解缩合反应,合成了八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷(OVPOSS)。采用红外、核磁和X射线衍射等分析手段对产物进行了表征,研究了OVPOSS在四氢呋喃(THF)溶剂中的结晶情况。结果表明,合成产物为笼型OVPOSS。OVPOSS的THF溶液放在30℃的开放体系中结晶时,晶体的形貌为树枝状;放在20℃的开放体系中结晶时,晶体的形貌为锥形;放在20℃的封闭体系中结晶时,晶体的形貌为方形。结晶过程中OVPOSS晶体的晶胞参数没有发生改变,晶体的初始分解温度(质量损失率为5%时)为270℃。

笼形八乙烯基硅倍半氧烷/ABS复合材料的热性能和阻燃性

通过螺杆挤出成型法制备了笼形八乙烯基硅倍半氧烷(OVP)/ABS复合材料,采用TGA、氧指数仪和锥形量热仪研究OVP的加入对复合材料热性能和阻燃性能的影响。研究结果表明,在添加引发剂(DCP)的条件下,当乙烯基OVP含量为6.25%时,复合材料的初始分解温度由纯ABS的174℃上升到209℃;氧指数由纯ABS的17.8%上升到的21.4%;热释放速率峰值降为529 kW/m2,比纯ABS降低了近30%。采用SEM对燃烧过后的残炭进行了分析,并探讨了其阻燃机理。

笼形八聚(乙烯基)硅倍半氧烷的合成

以乙烯基三甲氧基硅烷为反应单体、甲醇为溶剂、四甲基氢氧化铵为催化剂,合成了正立方体的笼形八聚(乙烯基)硅倍半氧烷[(CH2CHSi O1.5)8]。讨论了反应温度、时间、碱的用量和乙烯基三甲氧基硅烷的浓度对成笼反应的影响。结果表明,较佳的工艺条件为:乙烯基三甲氧基硅烷与四甲基氢氧化铵的量之比为1∶3,乙烯基三甲氧基硅烷的浓度为0.0747g/mL,于室温下反应24h后再60℃下反应48h;此时产物的收率可达80%。产物分别用元素分析、FT-IR、1H NMR、13C NMR、29Si NMR进行了表征。

笼形八乙烯基聚硅倍半氧烷的制备和表征

比较了制备八乙烯基聚硅倍半氧烷的三种酸性水解工艺。结果发现,两步水解法无论是从环保、节能和产率方面考虑,还是从产品提纯上考虑都是较理想的方法。通过IR、29SiNMR、1HNMR、飞行质谱及元素分析法判断,所制备的产物为八乙烯基硅倍半氧烷,与文献报道数据相吻合。产物为六面体晶体,晶胞参数为a=b=1.63nm,c=1.72nm。产物在质量损失率为5%时的温度为265.4℃,在650℃时的残余质量分数为2.8%。

ABS/笼形八乙烯基硅倍半氧烷复合材料的力学性能研究

通过微型螺杆挤出成型机制备了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)/笼形八乙烯基硅倍半氧烷(OVP)复合材料,探讨了OVP和引发剂的添加对材料力学性能的影响。同时采用扫描电镜对复合材料的断面进行了观测,分析了OVP在ABS基体中的分散情况。结果表明,在未添加引发剂的复合材料中,OVP只是简单地分散于ABS基体中;而添加引发剂的复合材料OVP的表面与ABS发生了接枝反应,使得OVP在ABS中分散均匀,且增强了与基体的键合,从而提高了复合材料的力学性能。

笼型八苯基硅倍半氧烷对阻燃三元乙丙橡胶性能的影响

以聚磷酸铵和季戊四醇为膨胀阻燃体系(IFR),研究了笼型八苯基硅倍半氧烷(OPS)对阻燃三元乙丙橡胶(EPDM)力学性能及其阻燃性能的影响,并对燃烧残炭进行了表征。结果表明,与单独加入30份的IFR相比,同时加入20份OPS后,EPDM阻燃材料的综合性能得到改善,拉伸强度为2.47MPa,极限氧指数为24.2%,热释放速率峰值降低到331.2kW/m2,但生烟量增加到1058m2,且该材料的燃烧残炭结构相对致密均匀。

含笼型八苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶绝热层材料研究

将笼形八苯基硅倍半氧烷(OPS)应用于三元乙丙橡胶(EPDM)绝热材料,测定了EPDM/OPS绝热材料的力学性能、线烧蚀率、烟雾和密度等主要性能。结果表明,用OPS取代部分聚磷酸铵(APP)的EPDM绝热材料的线烧蚀率、烟雾和密度均明显降低,力学性能也有提高。

乙烯基笼型倍半硅氧烷的合成及表征

分别采用乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷为原料,盐酸作为催化剂,通过水解缩合反应合成了乙烯基笼型倍半硅氧烷,探讨了温度、盐酸和去离子水的配比、溶剂用量和聚合时间对实验产率的影响。并通过红外和核磁共振氢谱/碳谱等手段对产物进行了表征。结果表明:合成的化合物为乙烯基笼型倍半硅氧烷。同时,热失重分析表明,失重5%对应的温度在244.1℃,说明产物的热稳定性很高。

新型协效阻燃剂笼形八苯基硅倍半氧烷的制备

苯基三甲氧基硅烷在四甲基氢氧化铵催化下经有限水解-缩聚-重排制备笼形八苯基硅倍半氧烷,反应时间短,产率高.采用透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、29Si核磁共振光谱(29Si NMR)、1H核磁共振光谱(1H NMR)、13C核磁共振光谱(13C NMR)、元素分析和热分析(TGA)等对笼形八苯基硅倍半氧烷的形貌、结构和热性能进行研究.结果表明:笼形八苯基硅倍半氧烷是不规则长方体纳米颗粒,粒径小于400 nm,热稳定性高,在N2和空气中的初始分解温度(失重5%)均大于450℃.同时,对中间产物进行红外表征以推测反应机理.

笼型八聚(γ-氨丙基)硅倍半氧烷盐酸盐的合成与表征

在盐酸催化下,将γ-氨丙基三乙氧基硅烷在甲醇溶液中水解缩合,合成出笼型八聚(γ-氨丙基)硅倍半氧烷盐酸盐;并用四氢呋喃作沉淀剂将产物沉淀出来。利用红外、核磁和差热分析等对其结构和性质进行了表征,讨论了反应温度、反应时间、盐酸和四氢呋喃用量对反应产率的影响。结果表明,较佳合成工艺为:γ-氨丙基三乙氧基硅烷用量15mL,甲醇用量360mL,盐酸用量30mL,四氢呋喃用量250mL,在90℃下反应18h;产物熔点为412.65℃。

八乙烯基硅倍半氧烷对三元乙丙橡胶绝热层材料性能的影响

为改进三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层材料的烧蚀性能,将八乙烯基硅倍半氧烷(OVP)作为耐烧蚀填料应用于EPDM绝热层,制备了EPDM/OVP复合材料,并研究了材料的力学性能与耐烧蚀性能。结果表明:与EPDM相比,EPDM/OVP复合材料拉伸弹性模量明显提高,残炭量有所增大。随着OVP用量的增大,EPDM绝热层材料的线烧蚀率逐渐降低,且烧蚀后形成的炭层更为致密均匀。当OVP添加量为15phr时,复合材料的综合性能最优,线烧蚀率最小,为0.0582mm/s,较EPDM降低了27.3%,可见OVP在提高EPDM耐烧蚀性能方面有较高应用价值。

笼型八苯基硅倍半氧烷对阻燃三元乙丙橡胶性能的影响

北京理工大学的高钧驰等人发现，与仅采用聚磷酸铵和季戊四醇膨胀阻燃体系的三元乙丙橡胶（EPDM）相比，同时加入20份笼形八苯基硅倍半氧烷的阻燃EPDM的阻燃性能和力学性能均有提高。极限氧指数由20．6％提高到24．2％，热释放速度峰值由576．7kW／m^2降到331．2kW／m^2，拉伸强度由0．9MPa提高到2．5MPa，扯断伸长率由303％提高到537％，

硅倍半氧烷改性聚酰亚胺(PI/Si)复合膜性能

通过在聚酰亚胺(PI)中分别添加笼型八氨基苯基硅倍半氧烷(OAPS)、笼型八苯基硅倍半氧烷(OPS)、梯形聚苯基硅倍半氧烷(PPSQ)和无机纳米SiO2,制备了4种含硅聚酰亚胺(PI/Si)复合膜.对PI/Si复合膜的相容性、力学性能、热性能和阻燃性能进行了研究.结果表明,OAPS与PI间展现出较好的相容性,PPSQ次之,而OPS,SiO2与PI的相容性较差;但相容性与复合膜的力学和热性能无明显的对应关系.SiO2可提高PI的力学性能;PI/OAPS复合膜的T g最高;OAPS,PPSQ或SiO2的加入使PI复合膜的热稳定性稍有提高,而少量OPS的加入大大降低PI膜的热稳定性.这类PI/Si复合膜的显著特点是能够大幅提高PI膜的极限氧指数,含硅化合物能够增加PI燃烧后残炭量,使残炭的形貌得到显著改善.PI/Si复合膜在燃烧过程中在表面形成一层白色含硅包裹层,起到隔热隔氧及保护内层有机物不被燃烧的作用.硅倍半氧烷对炭层形貌的改善显著,展现出比SiO2更好的阻燃性能.

硅倍半氧烷-环氧杂化材料的研究

将环己基硅倍半氧烷硅三醇与环氧树脂E-51在环烷酸钴催化下进行反应,制成硅倍半氧烷-环氧杂化材料。通过傅立叶红外光谱、差热分析证实,反应具有较低的活化能,只是笼型结构外围的Si—OH与环氧基团进行反应,反应对笼型结构无影响;动态力学性能与热稳定性的分析表明,与4,4′-二氨基二苯砜固化的环氧固化物相比,硅倍半氧烷-环氧杂化材料具有较高的玻璃化转变温度、储能模量及热分解温度和热残余量。

氨丙基低聚硅倍半氧烷及其酰胺化产物的合成与表征

由3⁃氨基丙基三甲氧基硅烷(NH_(2)⁃propyl⁃silane)出发,在碱催化条件下采用水解缩合一锅法合成了笼形氨丙基硅倍半氧烷(NH_(2)⁃propyl⁃POSS)。红外光谱、核磁共振、电喷雾飞行质谱(ESI⁃TOF)表征结果表明,合成产物NH_(2)⁃propyl⁃POSS是不同大小笼形结构的混合物,其中T8、T9、T10笼形结构含量较高。由NH_(2)⁃propyl⁃POSS分别与乙酸和丙炔酸进行酰胺化反应,进一步合成了乙酰基丙基POSS(CH_(3)⁃CONH⁃POSS)和丙炔酰基丙基POSS(CH≡C—CONH⁃POSS),并通过红外光谱、氢谱、碳谱分析表征了其结构。X射线衍射分析结果表明,3种POSS均为非晶态结构。通过热重分析可知,NH_(2)⁃propyl⁃POSS具有较高的热稳定性。将NH_(2)⁃propyl⁃POSS用于提高环氧树脂(EP)的热稳定性,添加量为5%(质量分数,下同)时,EP/NH_(2)⁃propyl⁃POSS共混物的玻璃化转变温度(T_(g))提高至180.7℃,极限氧指数(LOI)为25.2%。

笼型八苯基硅倍半氧烷与聚磷酸铵对聚乳酸的协同阻燃研究

以高效阻燃聚乳酸(PLA)为目标,用有机-无机杂化的笼型八苯基硅倍半氧烷(OPS)和无机磷系阻燃剂高聚合度聚磷酸铵(APP)阻燃改性PLA.采用双螺杆熔融共混挤出方法制备了PLA/OPS、PLA/APP及PLA/OPS+APP复合材料.极限氧指数、垂直燃烧和锥形量热仪测试研究表明OPS和APP对PLA材料具有明显的阻燃效果,同时对于降低热释放速率具有一定的协同作用.用扫描电镜(SEM)观察OPS、APP在PLA基体中的分散行为;通过热失重分析测试阻燃PLA复合材料的热稳定性;用SEM、能量色散X射线光谱和X射线光电子能谱测试研究了燃烧样品炭层的微观形貌和元素组成.结果表明:OPS和APP在PLA基体中均匀分散;APP的初始热分解过程与PLA的初始热分解温度匹配,APP的高温热分解过程与OPS的热分解匹配,这种匹配的热分解过程和OPS与APP的协同作用提高了PLA材料的热稳定性,并赋予PLA良好的阻燃性能,降低了PLA复合物的热释放速率峰值的同时显著降低了由阻燃剂的添加引起的烟释放,同时维持了PLA材料的拉伸性能.基于综合分析,推断出了3种阻燃PLA复合材料燃烧过程.

环氧基笼型倍半硅氧烷的合成研究

以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)为原料,四甲基氢氧化铵(TMAH)为催化剂,在异丙醇与二甲苯混合溶剂中,通过水解缩合制备环氧基笼型倍半硅氧烷(EP-POSS),并采用FT-IR和1H-NMR对产物结构进行了表征。结果表明,最佳的反应条件为:溶剂异丙醇与二甲苯的体积比2∶1,水解时间7 h,缩合反应温度80℃,反应时间60 min,产率可达到97.62%。

乙烯基POSS的合成及POSS/PMMA纳米复合材料的制备

利用乙烯基三甲氧基硅烷缩合水解制备八聚乙烯基笼型倍半硅氧烷(OvPOSS),然后将其与γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH580)采用巯基-烯点击化学反应制备带有部分乙烯基和烷氧基的POSS,用红外光谱、核磁共振、凝胶渗透色谱、飞行质谱等手段对其结构进行表征分析。通过自由基聚合将POSS引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,制备新型纳米复合材料EV-POSS/PMMA,利用X射线衍射、扫描电镜、热重分析探讨了OvPOSS、EV-POSS在PMMA中的形态特征、分散性、透光率及材料的热稳定性能。结果显示,OvPOSS在PMMA中结晶程度大,分散性差,导致其对PMMA的热稳定的影响不明显;EV-POSS则呈现良好的分散性,包覆于PMMA中,对PMMA的热稳定性提高显著,同时对于PMMA的透光率影响较小。

多乙氧基POSS的合成及在RTV硅橡胶中的应用

以乙烯基三甲氧基硅烷为原料,制备了八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OvPOSS);再与γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH 580)进行巯基-烯点击反应,合成八聚(三乙氧基硅丙巯基二亚甲基)笼型倍半硅氧烷(POSS-TEOST);将POSS-TEOST加入室温硫化(RTV)硅橡胶中,考察了其用量对RTV硅橡胶性能的影响。采用1H/13C/29Si NMR、FT-IR等对POSS-TEOST进行了表征,并研究了POSS-TEOST用量对RTV硅橡胶热性能、力学性能、硬度的影响。结果表明,在OvPOSS与KH 580的量之比为1∶8时,OvPOSS上8个乙烯基全部与巯基进行了反应;随着POSS-TEOST用量的增加,硅橡胶的热性能大幅度提升,氮气氛围中最大分解温度提高了75℃,在空气氛围中最大分解温度提高了124℃;此外,硅橡胶的拉伸强度和硬度分别提高了78%和55%。