通过Friedel-Crafts烷基化反应制备POSS基杂化材料及性能研究

【摘要】笼型聚硅氧烷(POSS)具有优异的热稳定性、化学稳定性,低介电性能,较好的生物相容性等特点,被广泛地应用于制备各种有机-无机杂化材料,是材料科学不可或缺的重要组成部分。拓宽功能化的POSS单体的制备方法,开发新型的POSS杂化材料具有重要的理论意义及应用价值。本文围绕两个方面进行研究：一、首先利用Friedel-Crafts烷基化反应制备八苯乙基POSS,然后通过物理共混的方法,制备新型的聚合物/POSS杂化材料；二、利用八乙烯基POSS和具有不同空间构型的芳香族单体为构筑单元,通过Friedel-Crafts烷基化反应制备出一系列的POSS基多孔聚合物。具体内容如下。1.利用八乙烯基POSS和苯为原料,通过Friedel-Crafts烷基反应,得到了八苯乙基POSS。通过物理共混得到了基于酚醛树脂和八苯乙基POSS的杂化材料。用FT-IR、POM、XRD以及DSC等手段对固化前的酚醛树脂/POSS杂化材料的氢键作用、形貌、物相形态和相容性进行研究。结果表明：POSS与酚醛树脂之间存在着氢键作用,在POSS含量低于20wt%时,POSS能够与酚醛树脂形成均一的相；随着POSS含量的持续增加,POSS开始团聚,体系出现了相分离。利用六次甲基四胺固化了酚醛树脂/POSS杂化材料,用FT-IR和SEM研究了固化后POSS与酚醛树脂之间的相容性。结果表明：固化促使POSS与酚醛树脂的相分离。用DMA和TGA考察了POSS对固化后酚醛树脂/POSS杂化材料的机械性能和热性能的影响。2.利用八乙烯基POSS和苯为原料,通过Friedel-Crafts烷基反应,成功地制备出新型POSS基多孔聚合物。用元素分析、FT-IR、13CCP/MASNMR和29SiCP/MASNMR等测试手段对多孔聚合物的组成和结构进行了确认。用N2吸附-脱附实验对其孔结构参数进行表征。结果表明：HPP-1至HPP-4的比表面积在400～900m2g-1之间,孔体积在0.24～0.99cm3g-1之间。通过调节链接单元苯的用量,成功地实现了对多孔聚合物的孔结构参数的调控；给出了多孔聚合物孔结构参数的调控机理。另外采用XRD、FE-SEM、HRTEM以及TGA等测试手段,对多孔聚合物的物相形态、形貌和热性能进行了表征。结果表明：得到的多孔聚合物是一种无定形的、介孔和微孔共存的多孔聚合物,且具有较高的热稳定性能。采用H2和CO2的等温吸附实验对多孔聚合物的气体吸附性能进行了研究。结果表明：多孔聚合物具有较好的H2和C02的吸附性能。最后通过Thiol-eneClickReaction反应对得到的多孔聚合物进行了后功能化,并对功能化后的多孔聚合物的结构和性能进行了表征。3.利用八乙烯基POSS分别和非平面型小分子联苯、1,3,5-三苯基苯为原料,通过Friedel-Crafts烷基反应,成功合成出新型POSS基多孔聚合物。用元素分析、FT-IR、13CCP/MASNMR和29SiCP/MASNMR等测试手段对多孔聚合物的组成和结构进行了确认。用N2吸附-脱附实验对其孔结构参数进行表征。结果表明：HPP-2、HPP-3、HPP-4、HPP-6、HPP-7、HPP-8的比表面积在600-900m2g-1之间,孔体积分别在0.51～0.55cm3g-1之间和0.55～0.76cm3g-1之间。通过控制非平面型分子的用量虽然可以调节多孔聚合物的比表面积,但是对其孔体积的影响很小。采用TGA、XRD、FE-SEM和HRTEM等测试手段,对多孔聚合物的热稳定性、物相形态、形貌进行了表征。结果表明：多孔聚合物是一种无定形的,介孔与微孔共存的多孔材料。采用H2和CO2的吸等温吸附实验对多孔聚合物的气体吸附性能进行了研究。结果表明：与其他比表面积相似的其他的POSS基多孔聚合物相比,实验中所制备的多孔聚合物表现出较高的CO2吸附性能。4.利用八乙烯基POSS与聚苯乙烯作为构筑单元,通过Friedel-Crafts烷基化反应,成功地制备出具有网络结构的POSS基多孔聚合物。用FT-IR、13CCP/MASNMR和29SiCP/MASNMR等测试手段对多孔聚合物的组成和结构进行了确认。用N2吸附-脱附实验对其孔结构参数进行表征。结果表明：HPP-1至HPP-7的比表面积在12～770m2g-1之间,孔体积分别在0.36～0.90cm3g-1之间。探讨了多孔聚合物的孔结构参数的变化规律及其形成机理。采用TGA,FE-SEM和HRTEM等测试手段,对多孔聚合物的热性能和形貌进行了分析。结果表明,多孔聚合物是无定形的,介孔与微孔共存的多孔聚合物。采用H2和C02的等温吸附实验对多孔聚合物的气体吸附性能研究了研究。结果表明：多孔聚合物具有较好的H2和CO2的吸附性能。
【作者】吴月；
【导师】冯圣玉；刘鸿志；
【作者基本信息】山东大学，高分子化学与物理，2014，博士
【关键词】POSS；Friedel-Crafts烷基化反应；物理共混；POSS基多孔聚合物；

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