磁性多面体齐聚倍半硅氧烷（POSS）及其聚苯乙烯/POSS纳米复合材料的合成与表征

【摘要】： 以环戊基三氯硅烷(C_5H_9SiCl_3)为原料，经水解缩合制备了三羟基七环戊基七聚硅氧烷((C_5H_9)_7Si_7O_(12)(OH)_3，T_7)。T7和4-氯苄基三氯硅烷通过顶角戴帽反应得到4-氯苄基环戊基POSS，然后和三苯基膦反应生成鏻盐，进而与二茂铁甲醛反应首次合成了同时含有金属和双键的新型磁性多面体齐聚倍半硅氧烷4-(2-二茂铁基乙烯基)-苯基环戊基POSS(POSS1)化合物，同时以三羟基七异丁基七聚硅氧烷为原料按照上面的合成步骤通过Wttig反应合成了4-(2-二茂铁基乙烯基)-苯基异丁基POSS(POSS2)。用FTIR、~1HNMR、~(13)CNMR、~(29)SiNMR以及质谱和元素分析对POSS1和POSS2的结构进行了表征。TGA结果表明POSS1和POSS2具有好的热稳定性。研究了POSS1和POSS2的磁特性。 采用Ito法对POSS1化合物的广角X射线衍射(WAXD)粉未图进行了指标化。POSS的晶型被确定为立方晶系。晶格参数：a=8.069932，b=8.069932，c=8.069932，Alpha=90.00000，Beta=90.00000，Gama=90.00000。 在磁力搅拌无磁场条件下，采用自由基本体聚合制备了聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料，XRD和TEM结果表明POSS1在含1wt％POSS1的PS／POSS1纳米复合材料中以分子级分散，当POSS1含量达到3wt％后，一部分POSS1的晶体相出现在纳米复合材料中。GPC结果表明加入POSS1后，复合材料的平均分子量增加。通过TG、TMA和DSC对其热性能进行了表征，热稳定性明显提高，和纯聚苯乙烯比较，复合材料具有较高的玻璃化转变温度Tg。通过DMTA对其粘弹性进行了表征。在温度高于Tg时，复合材料的储能模量比纯PS的高，损耗因子也明显高于纯聚苯乙烯，聚苯乙烯／POSS纳米复合材料的力学性能也得到了加强．当加入3wt％POSS1时，复合材料的拉伸强度和冲击强度分别比纯聚苯乙烯约提高33％和84.4％。仅加入1wt％的POSS1断裂伸长率就提高了44％，POSS1的加入对材料的弹性模量没有明显影响。 在无搅拌有磁场和无磁场条件下采用自由基本体聚合制备了聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料，XRD和TEM结果表明POSS1在PS／POSS199／1纳米复合材料中以分子级分散，当POSS1含量达到3％后，而一部分POSS1以聚集态分散于聚苯乙烯基体中，由于磁场作用，POSS1在磁场下制备的含3wt％POSS1复合材料中的分散性比无磁场情况下要好。GPC数据表明，随着POSS1含量的增加，聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料的分子量及其多分散系数降低，但是磁场对其并无明显影响。通过TG和DSC对其热性能进行了表征，聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料的热稳定性增加，磁场下制备的聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料的Tg比纯聚苯乙烯高得多，磁场下制备的聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料的起始分解温度和Tg比无磁场下制备的含相同份数POSS1的纳米复合材料要高。通过DMTA对其粘弹性进行了表征。除了在57℃下，PS／POSS1 95／5纳米复合材料的储能模量低于纯聚苯乙烯的外，在整个测试温度范围内，所有纳米复合材料的储能模量值均高于纯聚苯乙烯。POSS1对聚苯乙烯／POSS1纳米复合材料的力学性能有重要影响，但是磁场作用对其力学性能影响不大。含3％POSS1复合材料的拉伸强度比纯聚苯乙烯约提高46.42％，断裂伸长率随着POSS1含量的增加而增大，加入5wt％的POSS1，复合材料的断裂伸长率约提高了300％，POSS1对复合材料的模量影响不大。 在磁力搅拌下，制备了聚苯乙烯／acrylate—POSS以及聚苯乙烯／amino—POSS纳米复合材料，XRD信息表明acrylate—POSS以分子级分散于聚苯乙烯基体中，而amino—POSS以聚集态分散于聚苯乙烯基体中。通过TG和DSC对其热性能进行了表征，聚苯乙烯／acrylate—POSS纳米复合材料的Tg比纯PS约增加8℃，热稳定性提高。但是加入amino—POSS后，在测试温度范围内，其DSC曲线上没有显示出玻璃化转变。