功能基笼形低聚倍半硅氧烷的合成与制备

论文摘要

笼形低聚倍半硅氧烷（POSS）是近些年来的有机无机杂化材料领域的研究热点,它具有独特的分子结构如以Si-O-Si为骨架的三维笼形结构以及笼形周围带有八个有机官能团。独特的三维立体结构和取代基的功能化使得POSS在纳米杂化材料、医用材料、催化剂、耐高温聚合物、树枝状聚合物、液晶材料、激光材料等领域有极大应用前景。本文利用带有活性官能团烷氧基硅烷和惰性官能团烷氧基硅烷在酸性条件下进行共水解缩合反应,通过控制两种单体的摩尔比来控制活性官能团和惰性官能团的个数比,合成了四种同时带有活性官能团和惰性官能团的单功能基POSS:单乙烯基七丙基POSS,二乙烯基六甲基POSS,二氯丙基六丙基POSS,二巯丙基六丙基POSS。利用红外、1H-NMR、29Si-NMR. XRD对结构进行了表征,结果证明产物都形成了完整的笼形结构,XRD测试也表明产物具有较好的结晶性,TGA测试表明样品的失重是POSS本身笼形结构及其取代基的破坏和样品本身的升华三个方面的原因导致的。并用同样的方法合成了三种双功能基POSS:乙烯基二氯丙基五丙基POSS:[Si8O12（CH=CH2）（C3H6Cl）2（C3H7）5],二乙烯基氯丙基五丙基POSS:[Si8O]2（CH=CH2）2（C3H6Cl）（C3H7）5]和乙烯基氯丙基六丙基POSS:[Si8O)2（CH=CH2）（C3H6Cl）（C3H7）6],取代基的个数比是通过三种单体的摩尔比的控制来实现的,结果也说明在酸性条件下,乙烯基三甲氧基硅烷和氯丙基三甲氧基硅烷的水解缩合速率差别不大,而丙基三甲氧基硅烷的综合水解缩合速率在三种单体中最快。本文还报道了乙烯基氯丙基六丙基POSS与四甲基二氢硅氧烷在氯铂酸催化下进行硅氢加成反应,制备中间以线性Si-O-Si相连、两端为带有活性官能团氯丙基的双笼活性官能团POSS,核磁图谱表明,该体系在进行硅氢加成反应时,不仅存在p加成,而且也有α加成,β加成的比例占到整个硅氢加成反应的83%,α加成的比例为17%,POSS分子的位阻效应造成这种结果的主要原因。由于该产物的特殊结构,预期将在“串珠型”POSS基功能高分子方面存在应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 笼形倍半硅氧烷的概述
• 1.2.1 笼形倍半硅氧烷的发展
• 1.2.2 笼形倍半硅氧烷的结构
• 1.2.3 笼形倍半硅氧烷的优异性能
• 1.3 笼形倍半硅氧烷的分类
• 8POSS'>1.3.1 T₈POSS
• 8POSS'>1.3.2 Q₈POSS
• 1.4 POSS的合成方法
• 1.4.1 完全水解法
• 1.4.2 部分水解-封角法
• 1.4.3 官能团衍生法
• 1.5 特殊官能团POSS的合成极其改性聚合物的制备
• 1.5.1 含氟POSS的合成
• 1.5.2 巯基POSS极其改性聚合物
• 1.5.3 金属杂化的POSS
• 1.5.4 含卤代烷取代基POSS
• 1.6 POSS的应用
• 1.6.1 杂化纳米复合材料方面的应用
• 1.6.2 在催化剂方面的应用
• 1.6.3 生物材料方面的应用
• 1.6.4 在光电材料方面的应用
• 1.7 本论文的选题目的及意义
• 第二章 单功能基笼形倍半硅氧烷的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 二乙烯基六甲基八聚笼形倍半硅氧烷的合成
• 2.1.3 单乙烯基七丙基八聚笼形倍半硅氧烷的合成
• 2.1.4 二氯丙基六丙基八聚笼形倍半硅氧烷的合成
• 2.1.5 二巯丙基六丙基八聚笼形倍半硅氧烷的合成
• 2.1.6 表征与测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 二乙烯基六甲基八聚笼形倍半硅氧烷的表征及影响因素的讨论
• 2.2.2 单乙烯基七丙基八聚笼形倍半硅氧烷的表征
• 2.2.3 二氯丙基六丙基八聚笼形倍半硅氧烷的表征
• 2.2.4 二巯丙基六丙基八聚笼形倍半硅氧烷的表征
• 2.3 本章小结
• 第三章 双功能基笼形倍半硅氧烷的合成与表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 双功能基笼形倍半硅氧烷的合成
• 3.1.3 表征与测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 双笼形二氯丙基POSS的合成与表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 双笼形二氯丙基POSS的合成
• 4.1.3 表征与测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 双笼形二氯丙基POSS的红外光谱分析
• 1H-NMR谱分析'>4.2.2 双笼形二氯丙基POSS的¹H-NMR谱分析
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢