[發明專利]一種單組分POSS/加成型硅樹脂納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410073582.6
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103819679A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 董曉娜;陳衍華;游勝勇;諶開紅;金貞玉
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用化學研究所
• 主分類號: C08G77/20
• 分類號: C08G77/20;C08G77/06;C08L83/07
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

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技術領域????

本發明涉及一種單組分POSS/加成型硅樹脂納米復合材料的制備方法，屬高分子光電新材料技術領域。

背景技術

聚合物基納米復合材料綜合了各組分的優勢，不僅具有優異的力學性能，而且還具有良好的熱穩定性、韌性和光學能。此外，聚合物基納米復合材料中的無機物含量可控、重量輕，便于加工，可有效地改善聚合物的物理機械性能。

多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）是一類含有(RSiO1.5)n結構的物質是近些年來研究的熱點，分子結構中R取代基為氫、烷基、烯基、芳基、亞芳基以及他們的衍生物基團。根據結構的不同，倍半硅氧烷可分為無規結構、梯形結構、籠型結構和半籠型結構。其分子結構容易進行設計，通過引入反應性官能團，使其接入聚合物分子鏈中后形成分子水平上的有機/無機雜化。

POSS/聚合物復合材料是最新發展起來的納米復合材料，它是以POSS的氧化物核為無機成分，體系中無機相與有機相之間通過化學鍵結合，不存在無機粒子的團聚和兩相界面結合力弱的問題。以POSS為核心制備納米復合材料，其制備方法獨特，形成的復合材料性能優異，如透明、耐熱、阻燃、硬度高、耐刮擦等。綜上可預測POSS及其復合材料在很多領域將有廣闊的應用前景，如高溫絕緣材料、低介電常數材料、傳感器和光電元器件材料等。

硅樹脂作為一種熱固性樹脂，最突出的性能之一是優異的熱氧化穩定性。這主要是由于硅樹脂是以?Si-O-Si?為骨架，因此分解溫度高，通常在?250℃以下都穩定。此外，硅樹脂難以產生由紫外線引起的自由基反應，也不宜產生氧化反應，所以具有突出的耐候性。即使在紫外線強烈照射下，也不宜老化，同時耐泛黃。這些優異的特性使得硅樹脂非常適合用作電子器件的絕緣防水防護、防腐蝕及耐高溫涂層。但是由于有機硅分子間作用力小，有效交聯密度低，導致硅樹脂的機械強度（彎曲、拉伸、沖擊等）較弱，需要借助其他手段對其進行補強。本發明以聚合物納米復合材料的合成機理為理論基礎，首先合成出POSS納米材料，之后將POSS添加到烷氧基有機硅水解產物硅醇混合溶液當中進行共水解反應，最后對產物進行縮聚封端，減壓脫除體系中的小分子副產物及溶劑，加入交聯劑、催化劑、抑制劑等助劑即可得到目標產物單組分耐高溫型POSS/加成型聚硅氧烷納米復合材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單組分、耐高溫、耐腐蝕、高透明、絕緣性能優異的POSS/加成型硅樹脂納米復合材料的制備方法。

實現本發明的技術方案是，先合成出含雙鍵的籠型倍半硅氧烷（POSS），然后以POSS為基礎將其與烷氧基有機硅水解產物硅醇混合溶液當中進行共水解反應，減壓脫除體系中的小分子副產物及溶劑，加入交聯劑、催化劑、抑制劑等助劑即可得到目標產物單組分POSS/加成型硅樹脂烷納米復合材料。

本發明方法包括，合成含雙鍵的籠型倍半硅氧烷（POSS），制備出含不同官能團的硅醇混合溶液，含雙鍵的籠型倍半硅氧烷（POSS）與硅醇混合溶液反應生成目標產物單組分POSS/加成型硅樹脂納米復合材料；所述方法的步驟為：

（1）含雙鍵的籠型倍半硅氧烷（POSS）的合成：將具有三官能團的烷氧基有機硅（A）與正硅酸乙酯在酸性環境中進行水解縮聚，反應結束后得到白色固體產物，經處理之后即得含雙鍵的籠型倍半硅氧烷（POSS）；

（2）硅醇的合成：將具有三官能團的烷氧基有機硅（A）與具有二官能團的烷氧基有機硅（B）在酸性環境下與去離子水發生水解反應，以無水乙醇作為反應介質，制備出含不同官能團的硅醇混合溶液；

（3）將不同含量的步驟(1)所得的含雙鍵的籠型倍半硅氧烷（POSS）加入步驟(2)所得的硅醇混合溶液當中，在一定條件下繼續反應一段時間，得到POSS/硅樹脂納米復合材料預聚體，之后加入封端劑二乙烯基四甲基二硅氧烷,減壓脫除低分子副產物及無水乙醇，加入交聯劑、催化劑、抑制劑等助劑即可得到目標產物POSS/加成型硅樹脂納米復合材料。

在本發明方法步驟（1）中，所選擇的三官能團的烷氧基有機硅（A）、正硅酸乙酯和去離子水的質量比為1∶（0.8－1.7）∶（5.5－7）。

在本發明方法步驟（2）中，所選擇的三官能團的烷氧基有機硅（A）、二官能團的烷氧基有機硅（B）和去離子水的質量比為1∶（0.2－0.4）∶（5.1－9.8）。