[发明专利]八苯基聚倍半硅氧烷增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米复合材料技术领域的复合物及其制备，具体是一种八苯基聚倍半硅氧烷增强聚苯并咪唑(POSS-g-OPBI/OPBI)复合物及其制备方法。

背景技术

近年来，聚倍半硅氧烷(POSS)纳米颗粒由于其优异的物化性质一直是人们的研究热点。由于聚倍半硅氧烷纳米颗粒兼具有硅酸盐与有机硅烷的性质，其表面都含有功能化的官能团，易于聚合或接枝到高分子链段上去，聚倍半硅氧烷纳米颗粒经常被用为复合物增强剂制备高性能的无机/有机复合材料。为了尝试更好的增强效果，我们选择八苯基聚倍半硅氧烷作为纳米增强材料来改性聚苯并咪唑。八苯基聚倍半硅氧烷跟碳纳米管等其它纳米材料相比有很多不同的地方，结构上来说，八苯基聚倍半硅氧烷是三维六面体形结构，由(Si₈O₁₂)构成无机内核，每个硅上连接的苯基基团向外伸展，包覆在无机核心的周围，形成一个内杂化的分子，构成了一个天然的单纳米尺度结构。我们在一种相对温和的条件下将八苯基POSS接枝到聚苯并咪唑复合物上。

聚苯并咪唑(PBI)具有优异的热和化学稳定性，在航空航天、微电子和半导体等很多领域得到了应用，本专利采用了一釜分批加料或者同步加料法将八苯基聚倍半硅氧烷接枝到聚苯并咪唑复合物分子链上，在不影响PBI韧性的同时，极大的提高了其模量和拉伸强度，为PBI在高性能复合材料方面的应用赋予了潜在的价值。

经过对现有技术的检索发现，One pot synthesis of multiwalled carbon nanotubes reinforcedpolybenzimidazole hybrids：Preparation，characterization and properties 2009，50，5987-5995报导了一种在多聚磷酸介质中利用傅克酰基反应将碳纳米管和聚苯并咪唑复合物的合成相结合，一步反应得到复合材料的方法。但是该方法对于复合材料力学性能的提升不是很明显。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种八苯基聚倍半硅氧烷增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法，进一步提高聚苯并咪唑复合物的热力学性能，由于制备方法的工艺步骤简单，具有规模化生产的条件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种八苯基聚倍半硅氧烷增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为：

其中：n为聚合度，其取值范围为20～50。

本发明涉及上述复合物的制备方法，通过向多聚磷酸和五氧化二磷的混合溶液中加入聚倍半硅氧烷(POSS)、4，4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)和3，3’-二氨基联苯胺(DAB)，经原位聚合得到POSS-g-OPBI/OPBI复合物。

所述的多聚磷酸和五氧化二磷的混合溶液中多聚磷酸和五氧化二磷的质量比为10∶1，该混合溶液通过将多聚磷酸和五氧化二磷在氮气保护环境下混合加热制备得到。

所述的聚倍半硅氧烷的用量为混合溶液的1～5wt％；

所述的4，4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)和五氧化二磷的摩尔比以及3，3’-二氨基联苯胺(DAB)和五氧化二磷的摩尔比均为1∶6.34。

所述的原位聚合是指：在氮气氛围下超声搅拌1个小时，升温至80℃，反应4小时，然后继续升温至190℃反应20小时后置于冰水中，最后进行碱洗、水洗和真空干燥处理。

所述的碱洗是指：采用5wt％的碳酸氢钠溶液在60℃下机械搅拌36小时。

本发明制备得到的八苯基聚倍半硅氧烷增强聚苯并咪唑复合物，拉伸强度比纯聚苯并咪唑复合物高出76％，屈服强度提高了31％，杨氏模量提高了25％。不仅如此，其断裂伸长率还提高了近29％，展现了优异的力学性能。热重分析显示，含2％八苯基聚倍半硅氧烷增强聚苯并咪唑复合材料的热重分析显示，热重损失5％时复合材料的温度提高了接近10℃，说明复合材料具有更高的热稳定性。

附图说明

图1为实施例核磁氢谱示意图；

其中：a和b分别是实施例1八苯基聚倍半硅氧烷接枝聚苯并咪唑(POSS-g-OPBI)以及聚苯并咪唑(OPBI)的核磁氢谱。

图2为实施例扫描电镜图；

其中：a、b和c分别是实施1八苯基聚倍半硅氧烷、聚苯并咪唑和八苯基聚倍半硅氧烷接枝聚苯并咪唑的红外谱图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。