有机-无机杂化纳米结构体——多面体低聚硅倍半氧烷研究进展

多面体低聚硅倍半氧烷是基于化学键合作用形成的分子内杂化体系,其改性后的材料是一类具有广泛潜在应用价值的新型有机-无机杂化材料。介绍了多面体低聚硅倍半氧烷单体的结构、性能、单体及其衍生物的合成,以及其改性聚合物材料在航空、航天、生物、电子等高科技领域内的应用前景。针对国内的研究现状,指出低聚硅倍半氧烷-聚合物杂化体系研究所存在的问题。

聚丙烯/多面体低聚硅倍半氧烷纳米复合材料在不同气氛下的热降解机理

采用熔融共混的方法制备了聚丙烯(PP)/多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)纳米复合材料,利用TG,FTIR和DSC方法分析了该复合材料在不同气氛下的热降解行为,并探讨了热降解行为差异的机理。实验结果表明,PP/POSS纳米复合材料在N_2下的热降解温度高于在空气下的热降解温度。在N_2气氛下,随POSS添加量的增多,复合材料的热稳定性劣化越严重,POSS在复合材料熔体中发生升华是导致复合材料热稳定性降低的原因。在空气气氛下,随POSS含量的增大,复合材料的热氧稳定性逐渐提高,当POSS添加量为10%(w)时,热降解终止温度可提高近60℃。在空气气氛下,POSS有机取代基团的氧化分解及产物CO_2和H_2O的稀释空气作用可减缓复合材料的分解速度;热氧化降解形成的SiO_2可形成保护层阻隔空气与复合材料反应。两者协同作用提高了复合材料在空气气氛下的热氧稳定性。

多面体低聚硅倍半氧烷的研究进展

综述了多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)的结构特性和合成方法,重点介绍了同取代基、单官能度、双官能度、多官能度四类POSS的合成方法,比较了各种合成方法的优劣,展望了POSS合成研究的发展方向。

多面体低聚硅倍半氧烷改性聚乳酸的研究

PLA(聚乳酸)是一种完全可生物降解的新型高分子材料,但其热学、力学等性能并不理想。针对这一问题,本文通过对用于聚乳酸改性的POSS的特性进行分析,以及将PLA改性前后性能的改变直观的体现出来,使之对以后的研究具有借鉴作用。

EP/环氧基苯基多面体低聚硅倍半氧烷复合物的制备及其性能

通过水解缩合反应合成了环氧基苯基多面体低聚硅倍半氧烷(cy-ep-Ph-POSS),并制备了环氧树脂(EP)/cy-ep-Ph-POSS复合物,研究了复合物的热性能、力学性能以及阻燃性能。结果表明:cy-ep-Ph-POSS主要由含有6,8,10个硅原子的多面体低聚硅倍半氧烷结构组成;与纯EP相比,EP/cy-ep-Ph-POSS复合物的拉伸强度、弹性模量分别增加了约16%,10%;EP/cy-ep-Ph-POSS复合物的初始分解温度和残炭率提高,极限氧指数达到27.6%,熔滴现象得到了显著的改善,热释放速率峰值降低了49%。因此,cy-ep-Ph-POSS在提升EP阻燃性能和力学性能方面具有较高的应用价值。

低聚硅倍半氧烷在HTPB复合推进剂中的多功能作用

为提升复合固体推进剂的综合性能,将不同质量分数的八苯基硅倍半氧烷(OPS)、八氨基苯基硅倍半氧烷(OAPS)、八硝基苯基硅倍半氧烷(ONPS)和八(二硝基苯基)硅倍半氧烷(ODNPS)等4种有机-无机杂化结构的多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)加入端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中。使用电子万能试验机、热机械分析仪测定推进剂的拉伸力学性能;使用氧弹量热仪测定推进剂在3 MPa氮气下的爆热;利用线扫描摄像燃速测定系统测定了推进剂的燃速—压强关系;采用扫描电镜、激光粒度仪和X射线衍射仪(XRD)对推进剂爆热测试后的凝聚相燃烧产物进行微观形貌、粒度及物相分析;采用同步热分析仪、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对POSS影响推进剂燃烧的机理进行了分析。结果表明,4种POSS均可增强推进剂的拉伸力学性能,八氨基苯基硅倍半氧烷(OAPS)效果最优;4种POSS均可提高推进剂的燃速,ONPS质量分数为3%时,推进剂燃速及爆热最高;4种POSS均可促进推进剂铝燃烧,明显减小凝聚相燃烧产物的粒径,ODNPS效果最优。分析认为,ONPS和ODNPS热解、燃烧产生的纳米尺寸的芳香碳和氧化硅,提高了推进剂燃速,抑制了推进剂铝燃烧团聚。

多面体硅倍半氧烷锂盐在环氧树脂中的纳米分散与力学增强效应

采用不完全缩聚七苯基硅倍半氧烷三硅醇(T 7-Ph-POSS)和七苯基硅倍半氧烷锂盐(Li-Ph-POSS)作为功能添加剂,以低添加量(1%)制备了2种含多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)的环氧树脂(EP)复合材料,并对其热稳定性、光学性能、力学性能和阻燃性能进行了研究。研究表明,T 7-Ph-POSS在EP中呈三维亚微米球形颗粒的分散,分散粒径为0.1~1μm,而Li-Ph-POSS在EP中实现了零维球形纳米颗粒的分散,分散粒径为40 nm左右;2种EP/POSS复合材料的热稳定性均有提升;含有Li-Ph-POSS的EP复合材料具有显著吸收蓝紫光的性质和良好的透明性,甚至在紫光区域的透过率接近于0;相比于纯EP,EP/Li-Ph-POSS的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别增加了40.2%,40.8%和3.8%,并且热释放速率峰值和烟释放速率峰值都出现了明显的降低。因此,EP/Li-Ph-POSS亦表现出明显的力学性能和阻燃性能的增强效应。

左旋氨氯地平分子印迹聚合物的合成及性能研究

采用烯丙基DESs和有机-无机杂化纳米材料POSS作为功能单体,利用两者的协同作用成功制备了氨氯地平分子印迹聚合物。通过优化DESs和POSS的比例,对S-AML的吸附量达到12.8μg/mg,以及印迹因子为6.95。并分别使用Langmuir模型和Freundlich模型对吸附等温线进行拟合,发现MIP的吸附过程更符合Langmuir模型。评价了MIP对血浆加标样品的固相萃取性能,对S-AML的最高回收率可达92.9%。实验结果表明,DESs和POSS的联合使用提高了印迹聚合物对S-AML的选择性和吸附性能。

新一代高性能POSS-聚合物材料

描述了多面体低聚硅倍半氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane,POSS)单体的结构与性能,POSS单体改性聚合物在塑料工业、航空与空间等领域的应用现状与前景。并对POSS单体合成技术、成本、POSS单体进一步形成串凳式、悬笼式和笼-笼连接式结构作了综合评述。

POSS/聚合物纳米复合材料的制备及其在光电材料中的应用

多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)是一种新型有机-无机纳米材料。由于其具有优异的光学、电学、力学和热稳定性能,利用具有笼状结构的POSS带有的一个或多个具有反应活性的官能团进行聚合、接枝、表面改性等将POSS引入聚合物分子链段,制备有机/无机纳米复合材料,可以明显改善聚合物的光、电、热等性能。综述了POSS/聚合物纳米复合材料的制备及其在光电材料中的研究进展。