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。

多面体低聚倍半硅氧烷改性聚合物材料研究进展

介绍了多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的特性及POSS的3种基本制备方法,综述了POSS改性聚合物的最新研究进展(包括POSS改性聚烯烃、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、环氧树脂等)及POSS改性聚合物作为阻燃材料、耐热材料、光电材料、膜材料等的应用,指出了POSS材料的研究与应用前景。

苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷的合成及乙烯基酯树脂复合物的性能

以苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为原料,制备了苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷(MPOSS),采用^(1)H-NMR,^(13)C-NMR,^(29)Si-NMR和MALDI-TOF-MS证明MPOSS段主体为完整的T10和T12笼型结构。将MPOSS用于乙烯基酯树脂(VER)制备了VER/MPOSS复合物,热重分析、差示扫描量热分析和力学性能测试表明,VER/MPOSS复合物的热稳定性和玻璃化转变温度随MPOSS比例增加而升高;相对于纯VER,添加20%的MPOSS后复合物的弯曲强度、弯曲模量和断裂力分别提高了203%,365%和200%,力学性能显著提升。极限氧指数、锥形量热、热重-红外等阻燃性能与机理研究表明,MPOSS促进了致密炭层的形成,阻止了有机挥发性产物的释放,降低了VER的热释放、烟释放和有毒气体释放量,增强了VER/MPOSS复合物的阻燃性能。综合认为,MPOSS同时提高了乙烯基酯树脂的力学性能、阻燃性能和综合性能。

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。

多面体低聚倍半硅氧烷的最新研究进展

综述了多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的研究进展,主要介绍了它的常见结构、特性、合成方法和应用,展望了POSS合成研究的发展趋势。

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。

笼形低聚硅倍半氧烷纳米材料及其应用

分析了笼形低聚硅倍半氧烷(POSS)单体的结构特点,评述了它的典型合成方法,介绍了最新合成路线,归纳了POSS纳米材料的基本特征,举例说明了这种无机-有机杂化材料在航空航天领域的潜在用途。指出这种新材料今后的主要发展方向是降低生产成本、研制新的功能化POSS单体、开发性能优良的POSS纳米杂化材料、探讨结构与性能之间关系以能动地设计制造POSS纳米结构材料。

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。

八氨苯基低聚硅倍半氧烷改性环氧树脂的力学和阻燃性能

八氨苯基低聚硅倍半氧烷(OAPS)用于改性环氧树脂,以提高固化树脂的玻璃化转变温度(Tg)、力学性能和阻燃性。用差示扫描量热法(DSC)研究了固化动力学,结果表明,OAPS具有与固化剂异佛尔酮二胺相似的固化行为。DSC和傅里叶变换红外光谱测试表明,OAPS通过化学键交联到了网络结构中,从而改善环氧树脂复合材料的性能。通过对复合材料的力学性能分析发现,其拉伸强度提升了104%。动态力学热分析表明,复合材料的Tg提高。热重分析显示,OAPS提升了复合材料的热稳定性。锥形量热分析表明,复合材料的热释放速率峰值下降,点火时间明显延长。垂直燃烧(UL-94)测试证明,熔融滴落现象显著改善。因此,OAPS能够改善环氧树脂的力学性能、热稳定性和阻燃性。

多官能度氨基苯基笼形硅倍半氧烷的合成表征及在聚碳酸酯中的应用

从合成八苯基硅倍半氧烷(OPS)出发,通过控制硝化条件制备了不同多官能度硝基苯基硅倍半氧烷(NPS),然后对NPS催化还原得到相应的多官能度氨基苯基硅倍半氧烷(APS)。利用红外、核磁、元素分析、热失重对多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)化学结构和热性能进行了表征。元素分析发现OPS硝化时间越长,硝基越多,但是不是正比关系。红外、核磁分析给出了POSS的推测结构。热失重、扫描电镜发现氨基较多的APS在热分解过程中伴随氨基的损失有利于形成交联结构;APS与聚碳酸酯(PC)有良好的相容性,能在一定程度上提高PC的热稳定性。

半缩合低聚硅氧烷的合成及应用进展

介绍了半缩合低聚硅氧烷(简称半缩合POSS)的类别,阐述了半缩合POSS的制备方法与途径,分析了各自的优缺点,并对半缩合POSS改性材料(包括改性环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅、聚氨酯等)的最新研究进展进行了描述,指出了半缩合POSS的发展与应用前景。

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。

硅氧烷化合物的合成与应用进展

基于硅氧键特点以及不同条件的化学反应是构建结构迥异、性能独特的新型有机/无机硅氧功能材料的重要方法,近年来,引起了学术界的普遍关注。新型硅氧功能材料兼具有机/无机化合物性质,以其良好的生物相容性、耐高低温性以及电绝缘性能被广泛应用于众多领域。本文综述了硅氧烷化合物设计、合成与应用的研究领域及发展现状,重点介绍线性结构(一维结构)、非线性结构(二维结构)、多面体低聚倍半硅氧烷化合物(三维结构)以及有机/无机杂化硅氧烷化合物的设计及合成方法,并通过研究可拉伸聚硅氧烷弹性体、硅氧烷化合物涂层、新型驱油用硅氧功能材料等多种方式以增进硅氧烷化合物在生物医学、航空航天、功能材料及三次采油方面的应用进展。

基于纳米尺寸低聚硅倍半氧烷潜香体的合成、表征及其香料醛分子缓释性能研究

在功能性香精与香料的应用中,香气怡人与留香持久是需要长期挑战的目标.为了达到该目标,通过形成可切断的共价键来实现香料的缓释留香是有效的途径之一.基于此,本文合成了一系列基于纳米尺寸的低聚硅倍半氧烷(POSS)基体、缩醛结构作为键链的纳米潜香体.该类潜香体在温和条件下能够缓慢地释放香料醛分子.模拟仿生的酸性环境条件,研究了pH对潜香体释放香料分子的影响,发现酸性强弱对香料分子的释放有着重要的关系, pH值也与缩醛键链接的化学键的断裂成正相关关系.在弱酸环境中,释放相对较慢,达到释放平衡的时间相对较长,具有优异缓释的效果.此外,利用该类新颖的潜香体对丝绸、纸张进行负载,并研究了仿生环境下的香料醛分子的释放,与单纯香料醛分子对照样进行了对比和讨论.

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。

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。

苯基POSS/硅树脂复合材料

江西省科学院应用化学研究所以苯基三甲氧基硅烷为原料,在酸性条件下利用水解缩合法制得苯基多面体低聚倍半硅氧烷(苯基POSS),并将其添加到硅树脂预聚体中,通过原位聚合法制得苯基POSS/硅树脂复合材料,探讨了苯基POSS含量对复合材料光学性能、热稳定性及附着力的影响。结果表明:当苯基POSS质量分数小于4.0%时,复合材料在可见光区的透光率均超过99.0%,复合涂层的折射率达到最大值1.54,硅树脂的初始热分解温度从256℃上升至370℃,复合涂层的附着力达1级,同时苯基POSS对复合材料增韧效果明显。