功能性POSS基高分子杂化材料的制备

论文摘要

多面体低聚倍半硅氧烷（Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, POSS）是一种具有规整立体结构的有机/无机杂化分子。POSS与聚合物可实现分子级复合,使材料力学性能和热性能得到了明显改善。POSS引入到功能性聚合物,POSS特殊的结构和优异的分散性将会赋予功能聚合物新的特性,拓展POSS在功能材料中新性能和新应用。论文从温敏、中空微球和生物等功能应用角度,合成了三种功能性POSS基高分子杂化材料,研究了POSS对结构和性能的影响。将甲基丙烯酸甲酯基低聚倍半硅氧烷（MAPOSS）引入聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）分子链上,制备了P（NIPAM-co-MAPOSS）共聚物,研究了POSS对共聚物温敏和润湿性能的影响；合成了八苯磺酸基低聚倍半硅氧烷（SOPS）,并利用层层自组装-煅烧方法制备了中空微球；制备了壳聚糖/POSS杂化膜,研究不同官能团POSS和不同制备条件对壳聚糖形貌的影响。论文取得了以下研究结果：1、以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和MAPOSS为原料,通过自由基聚合制备了一系列不同POSS含量的P（NIPAM-co-MAPOSS）共聚物。用傅里叶红外光谱（FTIR）和核磁共振（1H NMR）对共聚物的结构进行了表征。用差示扫描量热仪（DSC）研究了P（NIPAM-co-MAPOSS）共聚物水溶液的温敏性能,少量POSS的加入降低了PNIPAM的最低临界转变温度。考察了不同POSS含量的P（NIPAM-co-MAPOSS）共聚物的表面润湿性能,水接触角随着POSS含量的增加而增大。2、利用温和的磺化反应一步合成了八苯磺酸基低聚倍半硅氧烷（SOPS）,FTIR和1H NMR表明磺化取代发生在苯环上Si的间位上。将带有负电荷的SOPS与带有正电荷的聚烯丙基胺盐酸盐（PAH）在直径400nm左右的PS微球上进行层层组装。Zeta电位呈规律性变化,粒径平均增大5nm,表明带有相反电荷的两种物质成功交替组装在微球表面。TEM结果显示煅烧后得到的中空微球可通过SOPS层数调控尺寸。3、采用八氨基低聚倍半硅氧烷（OapPOSS）,八乙烯基低聚倍半硅氧烷（OvPOSS）,八环氧基低聚倍半硅氧烷（epoxy-POSS）三种不同官能团的POSS通过溶液-蒸发法,制备了壳聚糖/POSS杂化膜,发现壳聚糖/OapPOSS是三个杂化膜中最平整均匀的。提高浓度和增长组装时间会改变POSS在杂化膜内的形貌。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 文中图表索引
• 1 绪论
• 2 功能性POSS基高分子杂化材料的研究进展
• 2.1 POSS的简介
• 2.1.1 POSS的定义
• 2.1.2 POSS的结构特点
• 2.1.3 POSS的合成
• 2.1.3.1 水解缩合法
• 2.1.3.2 顶点盖帽法
• 2.1.3.3 官能团衍生法
• 2.1.4 POSS的应用
• 2.2 功能性POSS基高分子杂化材料的研究进展
• 2.2.1 POSS基高分子杂化材料的合成
• 2.2.1.1 化学共聚法
• 2.2.1.2 物理共混法
• 2.2.2 POSS基高分子杂化材料的分子自组装行为
• 2.2.3 POSS基高分子杂化材料的功能性应用
• 2.2.3.1 催化剂
• 2.2.3.2 发光材料
• 2.2.3.3 导电材料
• 2.2.3.4 磁性材料
• 2.2.3.5 液晶材料
• 2.2.3.6 超疏水材料
• 2.2.3.7 生物医学材料
• 2.3 论文的提出及研究内容
• 3 P（NIPAM-co-MAPOSS）共聚物的合成与性能
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 分析测试方法
• 3.2 P（NIPAM-co-MAPOSS）共聚物的合成及结构表征
• 3.2.1 P（NIPAM-co-MAPOSS）的合成条件
• 3.2.2 P（NIPAM-co-MAPOSS）的结构表征
• 3.3 P（NIPAM-co-MAPOSS）的温敏性能
• 3.4 P（NIPAM-co-MAPOSS）的表面润湿性能
• 3.5 本章小结
• 4 八苯磺酸基POSS的合成和层层自组装制备中空微球
• 4.1 SOPS的合成及表征
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 分析测试方法
• 4.1.3 SOPS的合成
• 4.1.4 SOPS的表征
• 4.2 中空微球的制备
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 实验设备与分析测试方法
• 4.2.3 中空微球的制备过程
• 4.2.3.1 PS微球的合成
• 4.2.3.2 中空微球的制备
• 4.3 微球组装过程的表征
• 4.3.1 Zeta电位变化
• 4.3.2 粒径变化
• 4.4 微球形貌的表征
• 4.4.1 实心微球的表征
• 4.4.2 空心微球的表征
• 4.5 本章小结
• 5 壳聚糖/POSS杂化膜的制备和形貌
• 5.1 壳聚糖/POSS杂化膜的制备
• 5.1.1 原料
• 5.1.2 POSS的溶解性
• 5.1.3 壳聚糖/POSS杂化膜的制备过程
• 5.1.4 壳聚糖/POSS杂化膜的表征方法
• 5.2 壳聚糖/POSS杂化膜形貌表征及影响因素
• 5.2.1 POSS不同官能团的影响
• 5.2.2 POSS浓度的影响
• 5.2.3 组装时间的影响
• 5.2.4 探索组装机理
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 符号说明
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要研究成果