[发明专利]一种金属杂化POSS络合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属杂化POSS络合物及其制备方法和应用。该制备方法是在水和无机碱的作用下，苯基硅氧烷在有机溶剂中发生水解缩合，接着与含氢氯硅烷反应制得含两个硅氢基团的POSS；随后将所制备的POSS与丙烯酸酯先后发生硅氢加成反应及水解反应，得到单羧基POSS；最后单羧基POSS与金属醋酸盐发生置换反应制得金属杂化POSS络合物。与现有技术相比，本发明所制备的金属杂化POSS络合物具有优异的热稳定性和成炭性、与硅橡胶相容性良好等特点。在硅橡胶中只需添加少量金属杂化POSS络合物，即可制备热稳定性好、阻燃性能优异的硅橡胶材料，可广泛应用于航天航空、核电工业、电子电器和医疗器械等领域。

技术领域

本发明涉及金属络合物的合成及应用领域，更详细的是一种金属杂化POSS络合物及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着硅橡胶材料在电子电器和航天航空等应用领域的拓广，高性能硅橡胶材料的需求日益增大，同时这也对加成型液体硅橡胶的热稳定性和阻燃性能提出了更高的要求。

目前，改善加成型液体硅橡胶热稳定性和阻燃性能的主要方法是添加耐热无机填料。其中，变价金属离子如Cu、Fe等在与有机物形成络合物时，由于化合价容易发生可逆变化，具有自由基捕捉功能，且在硅橡胶的燃烧过程中可促进基体发生共瓷化，从而提高其阻燃性能(过渡金属氧化物对硅橡胶耐热性的影响.合成橡胶工业,1997,20:296-299)。此外，由于大多数金属氢氧化物具有价格低廉、无毒环保和阻燃抑烟等优点，也被广泛应用于硅橡胶中。Fang等在硅橡胶中加入了60份镁盐晶须，使其LOI从24％上升到39.5％，通过了垂直燃烧UL-94V-0级(Mechanical properties,fire performance and thermal stabilityof magnesium hydroxide sulfate hydrate whiskers flame retardant siliconerubber.Journal of materials science,2008,43(3):1057-1062)。但是这类传统的阻燃剂的热稳定性较低，添加到硅橡胶后会使基体的热稳定性能下降，限制硅橡胶在高温领域中的应用；且其阻燃效率较低，需要大量添加才能达到较为理想的效果；此外，由于其本身与硅橡胶相容性差，会恶化硅橡胶的力学性能和加工性能。因此亟需开发热稳定性优异、阻燃效率高，且与基体相容性好的新型阻燃剂应用于硅橡胶阻燃。

笼状倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS)因其具有结构可设计性，容易进行反应和修饰，热稳定性优异而被广泛应用于聚合物的耐热研究。陈凡等将乙烯基七苯基POSS接枝到含氢硅油，并将其作为交联剂制备加成型硅橡胶。研究发现，POSS的加入有效提高了硅橡胶的热稳定性(含POSS侧基甲基含氢硅油的制备及应用性能.粘接,2015,36(10):37-41)。但是，由于苯基POSS与硅橡胶的相容性较差，导致POSS在硅橡胶中的分散性不好，容易发生团聚，使硅橡胶在成炭过程中无法形成致密的保护层，难以提高硅橡胶的阻燃性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种金属杂化POSS络合物，该化合物具有优异的热稳定性和成炭性、与硅橡胶相容性好等优点，添加较少量即可制备具有优良热稳定性能和阻燃性能的硅橡胶材料。

本发明的另一目的在于提供所述的金属杂化POSS络合物的合成方法。

本发明还有一目的在于提供所述络合物在加成型液体硅橡胶中的应用。

本发明所制备的络合物为含有硅氢键的笼状倍半硅氧烷，其Si-O-Si内核结构与加成型液体硅橡胶相容性好，且含有的硅氢键能使络合物在硫化过程中通过硅氢加成反应接枝到硅橡胶侧链上，有助于络合物以分子水平均匀分散在基体中。本发明可通过制备金属杂化POSS的络合物，将POSS的高热稳定性和金属络合物的自由基捕捉功能结合起来，并应用于硅橡胶中，有效提高硅橡胶的热稳定性能和阻燃性能。