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聚硅氧烷杂化材料的制备与功能化研究

陈海燕  
【摘要】:将含双键的羧酸稀土等与水玻璃中的硅醇反应制成羧酸稀土硅氧烷凝胶微粒前驱体,再与含有官能团的聚硅氧烷以及其他聚合物进行原位反应,可制得含有纳米尺寸聚集体的杂化弹性体材料,在电场作用下会因为瞬间物理交联而产生明显的黏度变化,甚至产生液固相变,从而使普通聚硅氧烷获得电致形变的能力,在功能化基础上最终实现材料的智能化。为了实现聚硅氧烷智能化的目标,本文从四个方面开展了前期工作并取得了预期的成果。 一、以硅酸钠为硅源,溶胶-凝胶法原位生成SiO_2增强橡胶 本文首先以硅酸钠为原料制得活性硅醇的THF溶液,再与天然橡胶及少量偶联剂混合,原位生成二氧化硅(SiO_2)增强橡胶。论述了在酸性条件下制备特性聚硅酸的最佳反应条件,对温度,pH值及硅酸钠浓度的影响进行了研究。同时用热重分析法(TG)测试材料的热性能,通过电子拉力机测量SiO_2含量对材料的力学性能的影响。为弹性体杂化材料的制备提供了一种更具实用价值的新方法。 二、聚氨基硅氧烷-稀土复合物的制备及其性能研究 我们用稀土离子与活性硅醇交联聚氨基硅氧烷,得到聚氨基硅氧烷-稀土复合物,用热重分析仪(TG)分析了其热稳定性,测试了在电场中的受力状况,推导其相对极化率,发现含不同稀土样品的极化率有较大差异,说明可以用这种方法获得不同电学性能的有机硅材料。同时研究了它们的吸收、发射光谱,并与稀土氯化物溶液的吸收光谱进行了比较。 三、丙烯酸稀土配合物的合成及其表征 为了利用羧酸稀土制备杂化弹性体,我们首先研究了合成丙烯酸稀土配合物的各种方法。通过化学分析和元素分析确定了配合物的化学组成,试验了配合物的溶解性。分别测定了该配合物在水和二甲基亚砜中的摩尔电导率,利用红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、热分析等手段对配合物的性质和结构进行了研究。 扬州大学硕士学位论文 四、含氢聚硅氧烷(PHMS)接枝丙烯酸稀土的研究 文章最后利用聚氢甲基硅氧烷与某些含稀土的功能性单体进行硅氢加成 反应,合成了一种以聚硅氧烷为母体,在其侧链同时连有含稀土的光导电基团和 非线性光学发色团的功能性聚硅氧烷。分析了温度、反应物配比以及溶剂等因 素对反应的影响。经红外光谱分析证实了含稀土的烯烃单体与聚甲基氢硅氧烷 确实发生了加成反应,用热分析(DTA)技术分析了产物的热性能。并且对接 枝产物的光电磁等功能进行了初步探索,为实现此类弹性体材料的智能化打 下初步的基础。 本文的意义在于开发了一条从廉价硅原料制备纳米结构的新技术,寻找到一 条采用非填充法构建聚合物纳米结构的方法,研究了无机纳米结构在聚合物中形 成的规律,解析稀土元素在掺杂聚合物纳米结构后对聚合物功能的影响,为提出 弹性体材料智能化的新理论打下初步的基础,进行了最初的探索性工作。


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