笼型倍半硅氧烷的合成与表征——毕业答辩

1、笼型倍半硅氧烷的合成与表征,主要内容：,课题研究背景与意义：,多面体低聚倍半硅氧烷是一类纳米尺度笼型结构的低聚 硅氧烷，兼具无机与有机化合物的共同特性，即具有高的热 稳定性、良好的介电性能、优异的溶解性、阻燃性等特点。 在航天材料、介电材料、光电材料、生物医学材料、耐热阻 燃材料和催化剂等领域有广泛的应用。,笼型倍半硅氧烷简介（POSS）：,多面体低聚倍半硅氧烷(Silsesquioxane,简称POSS)是一类纳米尺度的低聚硅氧烷，俗称笼型倍半硅氧烷，结构简式为(RSiO3/2)n。其中R基团可被乙烯基、氨基、苯基、氢原子，烷基等各类有机基团代替，POSS化合物中的Si原子与O原子的比例为1

2、:1.5，n可以为6、8、10、12等，形成不同结构。而n=8的POSS是研究最多的一种，称为立方T8。POSS以Si-O-Si键为主体框架，Si-O键的键能为443.7kJ/mol，Si-O-Si的键长较长，键角大，容易旋转，链主要为螺旋结构并且柔性大，因此链之间的相互作用力小，表面张力小，热稳定性好。根据这些性质得POSS在无催化剂时结构相对稳定。,POSS的分类：,半缩合POSS,全缩合POSS,POSS合成方法：,本课题研究的主要内容：,1. 八乙烯基笼型倍半硅氧烷（ OvPOSS ）的制备表征 2.八苯基笼型倍半硅氧烷（ OPS ）的制备表征 3.八 氨基笼型倍半硅氧烷（ OapPO

3、SS ）的制备表征,OvPOSS的制备：,OPS的制备：,OapPOSS的制备：,OvPOSS表征,FT-IR,1H NMR,13C NMR,= 128.70 和137.05处出现的吸收峰分别为乙烯基上-CH和-CH2的碳吸收峰，= 77.00 处为溶剂中的碳吸收峰。,OvPOSS表征,XRD分析,2为9.8时是一个强衍射峰，其他衍射峰 2分别为13.1、19.6、21、22.9、23.7、29.6和30.24，衍射峰的强度高，因此晶像含量大，所以乙烯基POSS是一种高度结晶的物质。,OvPOSS表征,SEM分析,乙烯基POSS在溶液中缓慢结晶时，最终形成的晶体形貌为方形，尺寸在几微米到几十微

4、米。,OvPOSS表征,DSC分析,TGA测试,乙烯基POSS具有优异的耐高温性能，材料的热分解温度的形成原因以材料的化学结构为主，其中主要因素是它的键能、键之间的相互反应性以及分子内缺陷。键能越大时（Si-O键的键能为422.5kJ/mol），材料的热稳定性能就会越大，由于POSS特殊的笼形结构，使分子中含有的体积较大结构限制了分子链的运动，所以最终使乙烯基POSS具有耐高温的优良性能。,OPS表征,FT-IR,XRD分析,XRD谱图中2=7.96、18.82、25.26分别出现三个尖锐的衍射峰，表明OPS具有较好的晶型结构。但在XRD谱图中出现了一些杂峰，再根据与SEM图对比发现OPS结晶

5、不完善，没有形成OvPOSS那样的完善的晶体颗粒。,OPS表征,SEM,TGA分析,OPS表征,OapPOSS表征,FT-IR,OapPOSS表征,XRD分析,SEM,由XRD图可看到OapPOSS的主要衍射峰2在6.22、11.79和23.11。在2=6.22处为尖锐的衍射峰，而23.11附近出现的是弥散的宽广隆起峰，说明所制得的OapPOSS结构中存在部分非晶结构，SEM图中显示产物的晶粒小且不规整。与其XRD结果一致，OapPOSS制备过程中存在不完全缩合的部分，使得产物结晶不完全。,TG分析,曲线上有三个失重阶段，第一阶段主要是因为样品中少量的结晶水和硅羟基缩合失水，导致样品在100 时质量损失2 %；第二阶段是酸性条件下形成的氨盐的分解，最终分解温度为418 ；第三阶段从420 到600 ，分解10 %，这一阶段为POSS的有机基团的氧化分解而使质量损失，最终残余量53 %，推断残余物质为SiO2及硅盐。,OapPOSS表征,结 论：,1. 可以通过水解法制备不同官能团POSS化合物，官能团不同应选用不同的催化剂和溶剂。 2. 在乙酸乙酯中水解得到的OvPOSS结晶性较好，可以形成结构规整的立方体晶粒，而所制备的OPS和OapPOSS结晶性能较差。 3. 三种POSS都有较好的热稳定性，由强到弱依次为OPS、OapPOSS、OvPOSS