[发明专利]一种单组分POSS/加成型硅树脂纳米复合材料的制备方法

说明书

 

技术领域    

本发明涉及一种单组分POSS/加成型硅树脂纳米复合材料的制备方法，属高分子光电新材料技术领域。

背景技术

聚合物基纳米复合材料综合了各组分的优势，不仅具有优异的力学性能，而且还具有良好的热稳定性、韧性和光学能。此外，聚合物基纳米复合材料中的无机物含量可控、重量轻，便于加工，可有效地改善聚合物的物理机械性能。

多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）是一类含有(RSiO1.5)n结构的物质是近些年来研究的热点，分子结构中R取代基为氢、烷基、烯基、芳基、亚芳基以及他们的衍生物基团。根据结构的不同，倍半硅氧烷可分为无规结构、梯形结构、笼型结构和半笼型结构。其分子结构容易进行设计，通过引入反应性官能团，使其接入聚合物分子链中后形成分子水平上的有机/无机杂化。

POSS/聚合物复合材料是最新发展起来的纳米复合材料，它是以POSS的氧化物核为无机成分，体系中无机相与有机相之间通过化学键结合，不存在无机粒子的团聚和两相界面结合力弱的问题。以POSS为核心制备纳米复合材料，其制备方法独特，形成的复合材料性能优异，如透明、耐热、阻燃、硬度高、耐刮擦等。综上可预测POSS及其复合材料在很多领域将有广阔的应用前景，如高温绝缘材料、低介电常数材料、传感器和光电元器件材料等。

硅树脂作为一种热固性树脂，最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。这主要是由于硅树脂是以 Si-O-Si 为骨架，因此分解温度高，通常在 250℃以下都稳定。此外，硅树脂难以产生由紫外线引起的自由基反应，也不宜产生氧化反应，所以具有突出的耐候性。即使在紫外线强烈照射下，也不宜老化，同时耐泛黄。这些优异的特性使得硅树脂非常适合用作电子器件的绝缘防水防护、防腐蚀及耐高温涂层。但是由于有机硅分子间作用力小，有效交联密度低，导致硅树脂的机械强度（弯曲、拉伸、冲击等）较弱，需要借助其他手段对其进行补强。本发明以聚合物纳米复合材料的合成机理为理论基础，首先合成出POSS纳米材料，之后将POSS添加到烷氧基有机硅水解产物硅醇混合溶液当中进行共水解反应，最后对产物进行缩聚封端，减压脱除体系中的小分子副产物及溶剂，加入交联剂、催化剂、抑制剂等助剂即可得到目标产物单组分耐高温型POSS/加成型聚硅氧烷纳米复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单组分、耐高温、耐腐蚀、高透明、绝缘性能优异的POSS/加成型硅树脂纳米复合材料的制备方法。

实现本发明的技术方案是，先合成出含双键的笼型倍半硅氧烷（POSS），然后以POSS为基础将其与烷氧基有机硅水解产物硅醇混合溶液当中进行共水解反应，减压脱除体系中的小分子副产物及溶剂，加入交联剂、催化剂、抑制剂等助剂即可得到目标产物单组分POSS/加成型硅树脂烷纳米复合材料。

本发明方法包括，合成含双键的笼型倍半硅氧烷（POSS），制备出含不同官能团的硅醇混合溶液，含双键的笼型倍半硅氧烷（POSS）与硅醇混合溶液反应生成目标产物单组分POSS/加成型硅树脂纳米复合材料；所述方法的步骤为：

（1）含双键的笼型倍半硅氧烷（POSS）的合成：将具有三官能团的烷氧基有机硅（A）与正硅酸乙酯在酸性环境中进行水解缩聚，反应结束后得到白色固体产物，经处理之后即得含双键的笼型倍半硅氧烷（POSS）；

（2）硅醇的合成：将具有三官能团的烷氧基有机硅（A）与具有二官能团的烷氧基有机硅（B）在酸性环境下与去离子水发生水解反应，以无水乙醇作为反应介质，制备出含不同官能团的硅醇混合溶液；

（3）将不同含量的步骤(1)所得的含双键的笼型倍半硅氧烷（POSS）加入步骤(2)所得的硅醇混合溶液当中，在一定条件下继续反应一段时间，得到POSS/硅树脂纳米复合材料预聚体，之后加入封端剂二乙烯基四甲基二硅氧烷,减压脱除低分子副产物及无水乙醇，加入交联剂、催化剂、抑制剂等助剂即可得到目标产物POSS/加成型硅树脂纳米复合材料。

在本发明方法步骤（1）中，所选择的三官能团的烷氧基有机硅（A）、正硅酸乙酯和去离子水的质量比为1∶（0.8－1.7）∶（5.5－7）。

在本发明方法步骤（2）中，所选择的三官能团的烷氧基有机硅（A）、二官能团的烷氧基有机硅（B）和去离子水的质量比为1∶（0.2－0.4）∶（5.1－9.8）。