笼型聚倍半硅氧烷(POSS)对聚合物的改性
POSS_聚合物杂化材料应用的研究进展_张增平
第29卷第1期高分子材料科学与工程Vol .29,No .1 2013年1月POLYMER MA TERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGJan .2013POSS /聚合物杂化材料应用的研究进展张增平1,梁国正2,裴建中1,方长青3(1.长安大学教育部特殊地区公路工程重点实验室,陕西西安710064;2.苏州大学材料与化学化工学部,江苏苏州215021;3.西安理工大学印刷包装工程学院,陕西西安710048)摘要:笼型倍半硅氧烷(POSS )/聚合物有机无机杂化材料是近年来材料科学领域的一个研究热点。
POSS /聚合物杂化材料在很多领域都呈现出了巨大的应用前景,如高温绝缘材料、低介电常数材料、传感器、光学元件材料、催化剂载体等。
文中综述了其在航空航天、耐热阻燃、高性能介电材料、多孔功能材料、催化剂、陶瓷前驱体、纳米复合材料和生物齿科材料等方面应用的研究进展。
最后,笔者指出目前制约POSS /聚合物杂化材料深入研究和广泛应用的关键原因是POSS 化合物的合成。
关键词:笼型倍半硅氧烷;杂化材料;应用中图分类号:T Q 324.2 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2013)01-0187-04收稿日期:2012-04-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(51208043);中国博士后科学基金特别资助(201003661);中央高校基本科研业务费专项资金(CHD2012JC025);长安大学基础研究支持计划通讯联系人:张增平,主要从事高性能树脂基复合材料以及有机无机杂化材料的研究,E -mail :z hangzp99@yahoo .com .cn1 引言倍半硅氧烷(简称SSQ )是一类结构简式为RSiO 3/2的一类硅氧烷化合物,R 可以为氢原子、烷基、芳基、烯基等有机基团。
SSQ 可以是无规、梯形、桥形、笼型和部分笼型结构等多种形式[1,2]。
笼型倍半硅氧烷(简称POSS ),又称立方或球形SSQ ,是目前研究最多应用最广的一种。
N-卤胺POSS共聚物改性织物及其抗菌疏水性能
N-卤胺POSS共聚物改性织物及其抗菌疏水性能作者：孔雀栗志广来源：《丝绸》2022年第11期摘要：文章通過自由基聚合方法将八乙烯基低聚倍半硅氧烷、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸三氟乙酯进行反应制备N-卤胺改性的低聚倍半硅氧烷（POSS）共聚物，并表征其结构性能。
首先采用“浸渍-焙烘”的方法将N-卤胺改性POSS共聚物整理到棉织物表面并对其进行氯化处理，制备了具有抗菌疏水功能的棉织物。
然后对整理前后棉织物的表面形貌、接触角、存储稳定性和抗菌性能进行表征分析，结果表明整理后棉织物的接触角达到134.5°，且在5 min内能够杀死100%的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，即具有优异的抗菌疏水性能。
此外，对棉织物的断裂强力、透气透湿性能进行测试，结果表明整理后的棉织物具有优异的物理机械性能和透气透湿性能。
最后对织物的耐摩擦和耐皂洗稳定性的测试表明，抗菌疏水棉织物具有良好的机械耐久性和水洗耐久性。
关键词：棉织物;N-卤胺;低聚倍半硅氧烷;疏水;抗菌;自由基聚合中图分类号： TS195.5文献标志码： A文章编号： 1001-7003（2022）11-0026-07引用页码： 111104DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.11.004（篇序）棉织物由于手感柔软、服用性能好、保暖性和透气性优良等特点，已经发展成为人类生活中广泛使用的一类纺织面料，但是由于棉织物极易吸湿的特点，使棉织物容易被水浸湿、沾染污渍，并成为细菌滋生的载体［1-2］。
一旦棉织物表面集聚了细菌等有害微生物将导致疾病传播，危害人体健康。
因此，对棉织物进行疏水抗菌整理是解决这一问题的关键。
疏水表面防止细菌黏附与抗菌基团灭菌相结合的双功能“抑菌-杀菌”的研究方法是近年来实现棉织物自清洁功能整理的发展趋势。
目前大多数研究是将抗菌剂和疏水剂通过物理结合的方式应用到织物整理环节中，但存在牢度差、效果不佳的缺点。
POSS及其改性聚合物的研究进展
Ｒ — Ｓｉ ＋ １ ５ Ｘ３ ． ｎＨ ２ 一 Ｏ （ Ｓ Ｏｌ５ ＋ ３ Ｒ ｉ ） ｎＨ Ｘ
１ Ｐ Ｓ的合 成 ＯＳ
式中： Ｒ代 表惰性基 ， 如氢基 、 烷基 、 苯基 等 ， Ｘ代表
活 性 基 团 ， 烷 氧 基 等 。这 种 合 成 方 法 的 产 率 很 如 余 洋 等 采 用 水 解 缩 合 法 ， 浓 ＨＣ 为 催 化 在 １ 剂 的条 件 下 ， 乙 烯 基 三 甲 氧 基 硅 烷 为 原 料 ， 成 以 合 八 乙烯 基 多 面 体 低 聚 倍 半 硅 氧 烷 ； 究 反 应 温 度 、 研
（ ．河南 理工大学 材料科学 与工程学 院 ， １ 河南 焦作 ，５ ０ ０ ４４０ ； ２ ．东南大学 材料科学 与工程学 院 ， 江苏 南京 ２ １８ ） １ １ ９
摘 要 介 绍 了 多 面 体 倍 半 硅 氧 烷 （ Ｐ０ｓ ） 合 成 方 法 ， 述 了 Ｐ Ｓ 改 性 聚 合 物 的 一 些 优 异 性 能 ， 结 了近 ３年 国 内 的 研 究 成 ｓ的 综 ＯＳ 总
反应物 的投料 比对产物 收率的影 响。结果表 明 ： 在
２ ５℃ ， 应 物 水 解 缩 合 ２ ｄ 乙 烯 基 三 甲 氧 硅 烷 、 反 １， ＨＣ 、 Ｈ。 １Ｃ ＯＨ 三 者 的 体 积 比 为 ９：１ ： ０ ， ２ ２ ０ 乙烯 基 三 甲氧 基 硅 烷 、 Ｉ 体 积 分 数 分 别 为 ３ ９ 、 ＨＣ 的 ．０ ５ ４ ％时 ， 物 的 收 率 达 到 最 高 ， ２． ％ 。 ．３ 产 为 ６３ １ ２ Ｐ Ｓ 结 构 为 基 础 的 功 能 化 法 ． ＯＳ 本方法是一 种间接 的合 成方 法 ， 展 了 Ｐ Ｓ 拓 Ｏ Ｓ
POSS化学改性聚氨酯的研究进展
物理 共混 改性 聚氨 酯适 用 于 隋性 的 Ｔｓ型 ＰＯＳＳ 单体 ，其优点在于操作简便 ，缺点是不 同官能团 ＰＯＳＳ和聚 氨酯 的溶解 度相 差 较大 ，在 纳米 尺度 上 易 发生 团 聚和相 分离 影 响改 性效 果 。Ｐ 化 学改性 则 可 以避 免类 似情 况 的发生 ，根 据 ＰＯＳＳ侧 基官 能 团 的 不 同 ，化 学法 改性 聚氨 酯可 以分 为三 类 ：（１）单 官能 团 ＰＯＳＳ单体 接枝 到 聚氨酯 主链 或侧 链 上形成 的“接 枝 型”或 “悬挂 型 ”结 构 ；（２）双官 能 团 ＰＯＳＳ单 体 通过 聚合 反应 形成 的 “串珠 型”或 “直链 型”结 构
ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｅｃｔ ｍ ｅｃｈａｎ ｉｓｍ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｏｌｉｇｏｍｅｒｉｃ ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ（ＰＯＳＳ）；Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ；Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
聚氨 酯 （ＰＵ）因其 独特 的加 工性 能 ，被 广 泛应 用 于交 通 运输 、电子 、建 筑 、机械 、轻 工 纺织 和石 油化工等领域 。近年来 ，随着人们环保意识逐渐增 强 ，传统溶剂型聚氨酯受到了较大的限制 ，新型水 性聚氨酯 （ＷＰＵ）逐渐被人们重视。 。 但聚氨酯材 料往往存在热性能不好 、耐高低温性能差 、加工性 能 不强 和 施工 不便 等 缺点 。通 过对 聚 氨酯进 行 改性 可 以调 整 其体 系 中软 硬段 的相 分离 程度 和链 段 结 晶 化 及 氢键作 用 ，得 到 性能优 异 的聚 氨酯 材料 。
摘 要 ：多面体低聚倍半硅氧烷 （ＰＯＳＳ）独 特的笼型结构可以在分子层面上影 响聚氨酯材料体 系的软硬链
乙烯基POSS改性加成型液体硅橡胶
乙烯基POSS改性加成型液体硅橡胶代志鹏;陈绪煌;余鹏;李纯清【摘要】采用\"溶液接枝法\"和硅氢加成的方法合成了乙烯基笼型聚倍半硅氧烷(POSS)基含氢交联剂和乙烯基POSS基加成型液体硅橡胶.研究了不同添加量的乙烯基POSS对硅橡胶力学性能、热稳定性、紫外透过率以及其在基体中分布的影响.结果表明,当乙烯基POSS质量分数大于0.5%时,乙烯基POSS开始发生团聚,在基体中分布不均匀;随着乙烯基POSS添加量的增加,拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小,交联密度和硬度增大;当质量分数为0.5%时,拉伸强度和断裂伸长率分别为7MPa和402.4% ,交联密度为5.3×10-4mol/cm3,随着乙烯基 POSS含量的增加,其热稳定性提高,而紫外透过率先增大后减小.【期刊名称】《弹性体》【年(卷),期】2018(028)005【总页数】6页(P22-27)【关键词】乙烯基笼型聚倍半硅氧烷;加成型液体硅橡胶;添加量;改性【作者】代志鹏;陈绪煌;余鹏;李纯清【作者单位】湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室,湖北武汉 430068;湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室,湖北武汉 430068;湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室,湖北武汉 430068;湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室,湖北武汉 430068【正文语种】中文【中图分类】TQ333.93笼型聚倍半硅氧烷(POSS)是具有有机/无机杂化结构的纳米级无机填料[1]，其通式为R8Si8O12，具有硅氧交替连接的中空笼型无机结构，Si原子的八个顶点连接着有机基团R，其结构如图1所示，由于R可以为不同的有机基团，因此POSS具有可修饰性。
通过选择带有需要的R有机基团对材料进行改性，从而得到满足性能需求的材料。
根据性能的需求可以将R基团分为反应性基团或惰性基团[2]，POSS的引入可以使聚合物基体具有无机材料的刚性、强度、优异的热稳定性、耐磨性等优点。
poss
制备
1 生成新的Si—O—Si键的反应类型的POSS
2 Si—O骨架不受影响的反应类型的POSS
在不完整的POSS上使用“顶角盖帽法” 进行单官能化，RSiX，在一定条件下不完全 水解时会缩聚生成较稳定的缺角七聚POSS
改性聚合物的进展
• 改性聚烯烃
• 改性聚甲基丙烯酸酯
• Poss改性聚氨酯(PU)
• POSS改性聚酰亚胺 • POSS改性环氧树脂
POSS改性聚合物材料的应用
• • • • • 阻燃材料 耐热材料 光电材料 膜材料 其它功能材料
展望
POSS独特的结构和性能决定了其在改性聚 合物方面具有常规无机纳米粒子无可比拟的优越 性。 POSS POSS改性聚合物作为一类真正分子水平上 的有机一无机纳米杂化材料，较传统的有机一无 机杂化材料具有更广泛的应用前景
多面体低聚倍半硅氧烷改性 聚合物材料研究进展
• • • •
Poss单体简介及制备 Poss的改性聚合物研究 Poss改性材料的应用 Poss改性材料展望
பைடு நூலகம்
1 2 3 4 5
6
多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)分子通式(RSiOl.5)n， n一般为6、8、10、12等。 高度对称的立方体笼型骨架 三维尺寸一般为1—3 nm 呈纳米级分散，密度小，分散性好，不吸潮，热稳定 性高 与其它聚合物形成星形、串珠形或网状等多样结构， 赋予聚合物材料良好的耐热性、耐化学性、绝缘性及 气体渗透性等 液晶材料、介电材料、发光材料、耐热阻燃材料、包 装阻隔材料、生物医学材料、新型催化剂。
POSS
POSS应用于聚合物阻燃整理的研究进展近年来，笼型倍半硅氧烷（POSS）作为一种新型的有机/无机杂化材料引起了人们的极大关注。
本文综述了POSS 单体的结构特点，探讨了POSS改性聚合物的研究进展，分析了POSS/聚合物纳米复合材料的应用前景，提出了其发展方向；同时介绍了POSS对聚合物阻燃性的影响，分析了POSS提高聚合物热性能和阻燃性的机制，综述了POSS/聚合物纳米复合材料热性能的影响因素，讨论了各种热性能增强机理。
Polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS), as a new kind of organic-inorganic hybrid materials, has attracted great attention in the last decade. In this paper, the applications for these polymer nanocomposites were introduced and forecasted. The thermal properties of POSS-based polymer and related flame retardant were illuminated. The mechanism of increasing the flame retardant and thermal properties was also discussed. Additionally, the developing trends of POSS polymer nanocomposites in the future were discussed.火灾严重威胁着人民生命财产安全，引起火灾的原因主要是易燃物品导致的火灾蔓延。
这些材料若不具有阻燃性，将会增加火势蔓延，并在燃烧过程中释放有毒烟雾和易燃气体。
POSS／聚合物纳米材料的制备方法及应用
POSS／聚合物纳米材料的制备方法及应用本文介绍了POSS/聚合物纳米复合材料的几种制备方法及POSS纳米复合材料在航天航空，生物医药，多孔材料和光固化材料等方面的应用。
标签：POSS；纳米复合材料；制备方法；应用自19世纪50年代Scott[1]首次合成低聚物倍半硅氧烷以来，在众多研究领域引起了广泛的关注。
随着研究不断深入，多面体笼形倍半硅氧烷（POSS）已成为一种十分重要的有机-无机杂化材料，它具有无机材料的热稳定性和优异的力学性能，同时兼具有机材料的韧性好，密度低的优点。
POSS是一种具有三维结构的有机-无机纳米粒子，直径约为1～3 nm，其结构简式为（RSiO1.5）n （n≥4），其中以n=8较多，形成不同的结构类型，主要有无规、梯形、桥形、笼形等[2]。
POSS主要具有如下2个结构特点：（1）由Si和O组成的无机支架结构，赋予杂化材料良好的耐热及力学性能；（2）八个Si顶点处接有八个有机取代基团，这些有机取代基团可分为两大类：一类是惰性基团，如环己基、环戊基、乙基、异丁基等；另一类是活性基团，如各类烯基、环氧基、氨基等。
这些有机基团不仅有利于分子设计，而且可以增加POSS在有机溶剂中的溶解性，同时也能够改善与聚合物之间的相容性，更为重要的是，反应性基团可以实现POSS分子与聚合物之间的化学键合[3]。
本文主要介绍POSS/聚合物纳米复合材料的制备方法及应用进展。
1 POSS/聚合物纳米复合材料的制备方法1.1 物理共混法共混法是制备POSS/聚合物纳米复合材料的重要方法之一，POSS顶点处的8个有机取代基团，这些基团与聚合物有良好的相容性，因此，这使得它们共混并不困难。
物理共混法成本较低，加工方便，可以在一定程度上提高材料的物理性能。
（1）熔融共混Du等[4]采用熔融共混将MAP-POSS[MAP=-（CH2）3OOCC（CH3）=CH2]加入到氯乙烯、氯化聚乙烯共聚体中，制备了PVC/CPE/MAP-POSS复合材料。
笼型倍半硅氧烷改性树脂的性能分析
０ 前 言
笼 型倍 半硅氧烷 （ ＯＳ ） Ｐ Ｓ 是一种 纳米结 构 的化
合 物 ， 括 无 机 和 有 机 两个 部 分 。硅 和 氧 构 成 无 机 包 结 构 中 心 ， 结 构 中心 被 有 机 取 代 基 所 覆 盖 ， 此 ， 此 因
其 他 方 式 连 接 到 有 机 链 上 ， 成 有 机 、 机 纳 米 杂 形 无
Ｋ Ａ Ｎ Ｇ ｎ Ｙｏ ｇ
（ ｅＴ ｃ ｎｃｌ ｎｓｒ ｆ ｈ ａ ｘ Ｊｎａ Ｃ ｌｒａｋ ｌＣ ｅ ｃｌ ｏ ， Ｔｈ ｅ ｈ ｉａ Ｍｉｉ ｙｏ ａ ｎ ｉ ｉｔｉ ｈｏ —ｌａ ｈ ｍｉ ． ｔ Ｓ ｉ ａＣ
Ｌ ｄ ，Ｙｕｉ １ １ ０ Ｃ ｉａ ｔ． ｌ ７ ８ ０ ， ｈｎ ） ｎ
化 材料 。其机械 强度 、 玻璃 化 转变 温 度 、 用 温度 使 和热稳定性能都 得到了很大提高 ； 同时作 为特殊 纳 米 结构 ， 其光学 、 电学性 能 以及磁 性 能都有 较 大 的
改善 。
Ｐ Ｓ Ｏ Ｓ及其 衍生物集合 了有 机 和无 机 的许多 特点 。 团。这些 官能团可 以通 过 聚合 、 接枝 、 面键 合 或 表
笼 型 倍 半 硅 氧 烷 改 性 树 脂 的 性 能 分 析
《 海 塑料 》２ １ 上 ０ １年 第 ４期 （ 第 １６期 ） 总 ５
笼 型倍 半硅 氧 烷 改 性树 脂 的性 能 分 析
笼型聚倍半硅氧烷(POSS)及在有机硅材料中的应用研究
笼型聚倍半硅氧烷（POSS）及在有机硅材料中的应用研究作者：漆刚来源：《中国建筑金属结构》2018年第04期【摘要】POSS作为一种新型有机-无机纳米杂化材料，由于其特殊的化学结构和物理性能越来越受到广泛关注。
本文简单介绍了POSS的发展历史、结构、性质，合成方法及其在有机硅材料中的应用研究。
【关键词】笼型聚倍半硅氧烷；POSS；有机硅材料；材料改性尽管POSS在很早就被合成出来了，但直到21世纪初才被广泛关注，特别是近年来，相关的报道层出不穷。
其中，将POSS引入到有机硅材料中的研究工作也在不断开展中。
有机硅材料和 POSS同为有机硅化合物，将POSS引入到有机硅材料中，由于POSS的笼状结构和纳米效应会对有机硅材料，比如硅树脂、硅橡胶的热稳定性、流变特性、物理机械性能等产生重要影响。
1. POSS的发展史1946年，Scott[1]首次从氯硅烷的水解缩聚反应产物中分离出了真正意义上的低聚倍半硅氧烷，简称POSS，分子结构简式为[RSiO1.5]n，硅原子与氧原子的个数比为1：1.5，因此叫“倍半”硅氧烷。
n一般为6，8，10或者12。
通常文献报道最多是n=8时的六面体笼状结构，简称T8，自POSS问世以来，各种POSS及其相关衍生物不断被合成出来（分子结构如图1所示），极大地促进了POSS物理与化学的发展。
2. POSS的结构与性质POSS是多面体低聚倍半硅氧烷的简称，是一类具有纳米分子尺寸笼形结构的化合物。
分子的内核由Si-O-Si键构成，硅元素的存在赋予了POSS独特的物理性质，比如耐温性，热稳定性，阻燃性，介电性等[2，3]。
外围是烷基取代基或官能化的取代基，取代基的大小决定了分子的尺寸。
八个顶角可以是惰性基团，也可以是活性基团，分子结构设计性高，不同分子结构的POSS的物理化学性质也不尽相同。
3. POSS的合成目前为止，比较常见的结构有两种：完全缩合的POSS和不完全缩合的POSS。
POSS(笼型聚倍半硅氧烷)的基本结构及性能
POSS（笼型聚倍半硅氧烷）的基本结构及性能POSS分子结构中的硅氧笼（silicon-oxygen cage）是一种六面全封闭的三维笼状结构，硅原子和氧原子交替组成笼的骨架，每个硅原子周围还连接着一些有机碳基团。
这种结构使POSS既具有高度有序的无机硅氧骨架，又具有有机基团的柔性和多样性。
POSS具有许多优秀的性能，主要包括以下几个方面：1.富有透明性：POSS分子中有机基团对光的吸收较小，因此POSS材料具有很好的透明性，可以用于制备透明的薄膜、涂层等。
2.高度机械强度：POSS分子中的硅氧笼具有高度稳定的三维结构，使得POSS材料具有较高的机械强度和硬度。
同时，POSS分子中的有机基团也可以通过共价键与其他材料相互连接，进一步增强材料的强度。
3.热稳定性：POSS材料在高温下具有较好的热稳定性，能够耐受高温条件下的热氧化、热分解等反应。
这使得POSS可以应用于高温环境下的材料，如高温润滑剂、高温结构材料等。
4.低介电常数：由于POSS材料主要由无机硅氧笼构成，硅氧键的极性较小，因此POSS材料具有较低的介电常数，有利于提高材料的电绝缘性能和电子性能。
5.易修饰性：POSS分子中的有机基团可以通过合成反应进行改变，可以引入不同的功能基团和官能团，进一步调节材料的性能。
因此，POSS 具有良好的修饰性，适用于不同领域的应用。
综上所述，POSS是一种具有高度有序的无机有机杂化材料，其基本结构是由有机碳基团和无机硅氧笼组成的复合结构。
POSS具有许多优秀的性能，如透明性、高度机械强度、热稳定性、低介电常数和易修饰性。
这些性能使得POSS材料在各个领域都有广泛的应用前景，如透明薄膜、涂层、高温材料、电子器件等。
随着对POSS材料的深入研究，人们可以进一步探索其在各个领域的应用，为材料科学和工程带来更多的发展机遇。
笼型倍半硅氧烷基聚合物的制备和结构性能以及应用
Ｔｈ ｅ ｒ ｔｏ ｅ Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ，Ｓｔｕｃ ｕ ｅ ａ ｒ ｔ ｒ ｎｄ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｈｅ ｒ ｌ ｌｃ ｔｏ ｆＰｏｙ ｄ ａ Ｏｌｇ ｍ ｅ ｉ ｉ ｅ ｑ ｏ ｘ ｎ ｓ ｂ ｓ ｄ ｌ ｍ ｅ ｓ ｉ ｏ ｒｃ Ｓ ｌ ｓ ｕｉ ｎ ａ ｅ － ａ ｅ Ｐｏｙ ｓ ｒ
ｐ ｏ ｅ ｉｓ ｗｅ ｅ ｇｅ ｔ ｓ ｕ ｓ ｄ． Ｆ ｎ ｌｙ，ｔ ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｆｅｄ ａ ｈ ｖ ｌ ｐ ｎ ｅ ｄ ｎ ｙ ｏ ｏｙ ｅ ｒ ｌｏ ｉｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｒ ｒ ａｌ ｄｉｃ ｓ ｅ ｔ ｙ ｉａｌ ｈ ｐ ｌｃ ｔｏ ｌ ｎｄ ｔ ｅ ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｔ ｎ ｅ ｃ ｆｐ ｌｈ ｄ ａ ｌ — ｉ ｇ ｍｅ ｉ ｉｓ ｓ ｕ ｏ ｘ ｎ ｓｂａ ｅ ｏｙ ｒ ｒ ｅ ｉｗｅ ｅ ｐ ｙ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｒｃ ｓｌｅ ｑ ｉ ｎ ａ ｅ — ｓ ｄ ｐ ｌ ｍｅ ｓ ｗｅ ｅ ｒ ｖｅ ｄ ｄ ｅ ｌ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｐｏｙ ｅ ｒ ｌ ｌｇ ｍｅ ｉ ｓｌｅ ｑ ｉ ｎ ａ ｅ ； ｒ ａ ｉ／ｉ ｏ ｇ ｎｉ ｈｙ ｒｄ ｌ ｈ ｄ ａ ｏｉｏ ｒｃ ｉｓ ｓ ｕ ｏ ｘ ｎ ｓ ｏ ｇ ｎ ｃ ｎ ｒ ａ ｃ ｂ ｍａ ｅ ａｓ；ｐ ｌｍｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｉ ｔｒ ｌ ｉ ｏ ｙ ｒ； ｔ ｔ ｒ ｕ ａ ｄ ｐｒｐｅ ｉｓ；ｐ ｅ ａ ａ ｉｎ ｎ ｏ ｒｅ ｔ ｒｐ ｒｔ ｏ
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poss聚倍半硅氧烷电荷
poss聚倍半硅氧烷电荷
POSS（聚倍半硅氧烷）是一种纳米材料，其结构由Si-O-Si主链组成，具有三维的笼形结构。
这种笼形结构可以包裹其他基团或分子，形成具有特定功能的复合材料。
POSS的电荷性质与其结构密切相关。
由于其笼形结构，POSS可以容纳多种类型的基团，包括反应性基团和惰性基团。
这些基团可以是正电荷、负电荷或中性。
POSS的电荷性质可以通过其合成过程中的官能化反应进行调控。
例如，通过在POSS分子中引入正电荷或负电荷基团，可以使其具有相应的正电荷或负电荷性质。
这种官能化反应可以通过多种方法实现，如水解缩聚法、顶角盖帽法、官能团衍生法等。
POSS的电荷性质使其在许多领域具有广泛的应用前景。
例如，在聚合物复合材料中，POSS可以作为增容剂和增强剂，改善聚合物材料的性能。
在能源领域，POSS可以作为电池、超级电容器和燃料电池的电极材料。
在生物医学领域，POSS可以作为药物载体和生物成像剂。
总的来说，POSS的电荷性质是其重要的物理化学性质之一，对其应用具有重要意义。
通过合理调控POSS的电荷性质，可以进一步优化其性能和应用效果。
官能化POSS的制备及其在有机硅材料中的应用进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第4期·1324·化 工 进展官能化POSS 的制备及其在有机硅材料中的应用进展王峰，牟秋红，彭丹，张方志，李金辉，赵宁，于一涛，李冰（山东省科学院新材料研究所，山东省粘接材料重点实验室，山东 济南250014）摘要：笼型低聚倍半硅氧烷（POSS ）是一种新型纳米有机-无机杂化材料，具有独特的物理化学性质。
将官能化POSS 用于有机硅材料的制备与改性，能够显著改善有机硅材料的物理化学性能，拓宽其应用领域。
本文首先总结了POSS 的制备方法，重点对聚合物改性中常用的官能化POSS 的制备进行了综述，包括：八苯基POSS 、八乙烯基POSS 、八氢基POSS 、环氧基POSS 、氨基POSS 、异氰酸酯基POSS 和单官能化POSS 。
然后从物理改性与化学改性两方面总结了官能化POSS 在有机硅材料中的应用进展。
最后对官能化POSS 在制备及应用领域的发展方向进行了展望。
目前，POSS 已经在聚合物改性领域展现出巨大的潜力，随着新型POSS 化合物的出现，官能化POSS 在有机硅材料领域的应用将取得更大的进展。
关键词：官能化POSS ；制备；有机硅；改性中图分类号：TQ264.1+4 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）04–1324–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.04.023Synthesis of functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxane and itsapplication in siliconeWANG Feng ，MU Qiuhong ，PENG Dan ，ZHANG Fangzhi ，LI Jinhui ，ZHAO Ning ，YU Yitao ，LI Bing（Shandong Provincial Key Laboratory of Adhesive Materials ，Insititute of Advanced Materials ，Shandong Academy ofScience ，Jinan 250014，Shandong ，China ）Abstract ：Polyhedral oligomeric silsesquioxane （POSS ）is a kind of nanoscale compound with cage-like organic-inorganic hybrid structure ，with many unique physical and chemical properties. Functionalized POSS javascript:void(0)；can be used in the synthesis and modification of silicone materials to improve their physical and chemical properties ，and broaden their applications. In this paper ，the synthesis methods of POSS were reviewed ，with the emphasis on the functionalized POSS ，including octaphenyl-POSS ，octavinyl-POSS ，octahydro-POSS ，epoxy-POSS ，amino-POSS ，isocyanate-POSS and mono-functionalized POSS. In addition ，the application progress of functionalized POSS in silicone was summarized from aspects of both physical and chemical modification. POSS has shown great potential in the field of polymer modification ，and the application trend of functionalized POSS in silicone materials was also prospected. In the future ，with the appearance of new POSS compounds ，the application of functionalized POSS in silicone materials would achieve greater progress. Key words ：functionalized POSS ；preparation ；silicone ；modification笼型低聚倍半硅氧烷（POSS ）是一种新型纳米有机硅材料，具有独特的多面体笼型结构，笼型骨架由Si —O 键组成，多面体顶角的Si 原子可以连接不同有机官能团（分子结构如图1所示）。
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A． Fina 等［22 － 25］在对POSS 阻燃改性的研究发现，聚丙烯( PP) 中
四 POSS 改性聚合物复合材料阻燃性及热稳定性的合成 及应用
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POSS 在聚合物阻燃方面的合成及应用
由于POSS 结构的特殊性，POSS 改性的聚合物与一般改性聚合物相比，具 有延迟燃烧、 放热量小的特点【17 － 18】且POSS 燃烧时不释放挥发性有机 成分，与当代环保理念吻合用POSS 改性的环氧树脂( EP) 耐热性好，且无卤 阻燃 。倪贵峰等［19］将笼型八聚氨丙基倍半硅氧烷( NH2－POSS) 与正丁基 缩水甘油醚( XY501) 合成新型有机－ 无机纳米杂化物( DRT) ，用此杂化物 对EP 进行改性，发现改性EP 的氧指数( LOI) 随着杂化物添加量的增加而增 大，NH2－ POSS 杂化物的加入有效地起到了阻燃效果。
各种分子结构如图1 所示。其中引 入到高分子材料中的POSS，一般都指 笼形结构［3］。POSS 的三维尺寸为1 ～ 3 nm，是最小的硅颗粒［4］。其 结构特点可概括为: 分子内杂化结构 ，纳米尺寸效应，结构可设计性和良 好的溶解性［5 － 7］。
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三POSS 改性聚合物复合材料阻燃性及热稳定性的 机理
POSS 改性聚合物复合材料阻燃机理：POSS 阻燃机理主要有，POSS 本身有机部分的 分解将消耗一部分热量，使得聚合物材料分解速度减缓; POSS 燃烧过程中消耗氧气，产 生一些不具有燃烧性能的气体( 如N2、NH3等) ，可以起到稀释可燃有机气体的作用，从 而降低高分子材料燃烧的剧烈程度; POSS 燃烧以后，形成硅氧化合物( SiO2） ，沉淀 在还未燃烧的聚合物表面，有一部分形成保护层，一定程度起到减缓热量传递，抑制可 燃气体挥发，阻隔可燃气体和氧气混合的作用; POSS 能够向聚合物熔体表面逐步迁移形 成具有较高热稳定性的隔阻层，从一定程度上对热质传递起到抑制作用。
笼型倍半硅氧烷改性树脂性能分析
笼型倍半硅氧烷（POSS）是一种纳米结构的化合物，包括无机和有机两个部分，硅和氧构成无机结构中心，此结构中心被有机取代基所覆盖，因此POSS及其衍生物集合了有机和无机的许多特点。
每个POSS粒子都含有一个或多个有机活性官能团，这些官能团可以通过聚合、接枝、表面键合或其他方式连接到有机链上，形成真正的有机/无机纳米杂化材料。
其机械强度、玻璃化转变温度、使用温度和热稳定性能都得到了很大提高；同时作为特殊纳米结构，其光学、电学性能以及磁性能都有较大的改善。
POSS上的有机基团使之与有机聚合物体系相容性甚好，因此POSS不存在通常纳米材料在聚合物中的分散相容问题，因此加工过程变得简单，只需通常复合技术即可；当POSS上的有机基团无反应活性时，则可以用作树脂体系的增强体。
POSS的接入给传统聚合物的性能带来提高聚合物的使用温度以及一定程度上增强聚合物阻燃性的特性[1-4]。
1POSS影响改性树脂热性能机理分析（1）POSS的刚性POSS其结构存在特有的Si-O-Si无机骨架结构，整个分子就像一个刚性球，对聚合物链段的运动具有阻碍作用，使链的柔性降低，因此极大的增高了笼型倍半硅氧烷改性树脂性能分析康永（陕西金泰氯碱化工有限公司技术部,陕西榆林718100）摘要：笼型倍半硅氧烷（POSS）制备的有机/无机杂化材料，以其透明均一、耐热阻燃、硬度高等独特的优点，引起人们极大的兴趣。
笼型倍半硅氧烷是一类具有特殊分子结构的有机硅化合物，其分子的无机硅氧骨架核心为材料提供良好的耐热性，外围有机基团可增强与聚合物基体间的相容性，以它为前驱体可以得到硅氧骨架为核心的分子级有机/无机纳米杂化材料。
笼型倍半硅氧烷通过共价键或共混接入聚合物中会限制分子链的运动，使高分子链的柔性降低，导致了聚合物玻璃化转变温度Tg的升高。
所以，笼型倍半硅氧烷最显著的特性是提高聚合物的热性能以及阻燃性。
关键词：笼型倍半硅氧烷；改性；树脂；阻燃性；耐热性The Performance Analysis of the Modification Resin Using POSS PrecursorKANG Yong(The technical ministry of Shaanxi Jintai Chlor-alkali Chemical Co.,LTD.Yulin718100China) Abstract:The preparation of hybrid organic-inorganic nanocomposites from polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS)derivatives has attracted much attention,owing to their excellent optical propenies,thermal resistance,flame retardance,high hardness,and abrasion resistance.POSS is a category of organosilicon com-pounds with peculiar molecular structure.It has a well-defined cage-like molecule having an inorganic silica-like core surrounded by seven or eight organic hydrocarbon groups.The inorganic core provides it with high thermal stability,while the organic groups endow it with good compatibility with the organic anic/inorganic hybrid materials on molecular level with an inorganic silica-like core can be obtained using POSS as the precur-sor.Thermal property and flame retardance of the polymer's promotment by blending or bonding the POSS,it was limited the movement of the strand and reduced the flexibility of the strand to lead to hoist the Tg.Keywords:polyhedral oligomeric silsesquioxane;modification;resin;flame retardance;thermal stability聚合物的玻璃化转变温度Tg及分解温度。
笼形聚倍半硅氧烷和纳米太极石共改性聚酯纤维及其制备方法和纺织
专利名称：笼形聚倍半硅氧烷和纳米太极石共改性聚酯纤维及其制备方法和纺织品
专利类型：发明专利
发明人：刘云剑
申请号：CN201811414273.5
申请日：20181126
公开号：CN109610035A
公开日：
20190412
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及合成纤维改性领域，具体涉及一种笼形聚倍半硅氧烷和纳米太极石共改性聚酯纤维及其制备方法和纺织品。
本发明使用环氧基硅烷偶联剂处理纳米太极石后，得到的环氧基修饰纳米太极石，再将其与单γ‑氨丙基POSS反应，得到POSS改性的纳米太极石。
将5～30重量份POSS改性纳米太极石加入到100重量份聚酯切片中熔融共挤出造粒得到改性聚酯母粒，将20‑50重量份改性聚酯母粒再与100重量份聚酯切片进行熔融纺丝，得到改性聚酯纤维。
本发明得到的改性聚酯纤维具有较好的远红外发射率、力学性能、耐热性和抗紫外性，可单独纺织成型或者与其他纤维共纺织成型。
申请人：福建省银河服饰有限公司
地址：350299 福建省福州市长乐市航城街道闽江口工业区
国籍：CN
代理机构：北京易捷胜知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：蔡晓敏
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笼型聚倍半硅氧烷(POSS)对聚合物的改性摘要笼型聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxanes，poss)是一种新型的纳米级无机填料，因其特殊的结构，能显著的改善聚合物的耐热性能和力学性能。
本文描述了poss的合成与结构，重点介绍了近年来利用化学共聚和物理共混两种方法将poss应用于几种聚合物的改性研究综述。
关键词笼型聚倍半硅氧烷；poss；聚合物改性
中图分类号tq316.6 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）57-0088-02
近年来，利用无机纳米粒子对有机聚合物的改性研究较为广泛，因为经过此种方法改性后的材料，不仅具有高分子材料的易加工性、成本低和质轻等特点，同时其耐热性和力学性能等也有很大的提高。
其中笼型聚倍半硅氧烷（polyhedral oligomeric silsesquioxanes，poss），因其对称结构中的si可带多种的反应性或非反应性基团，使其与聚合物具有很好的相容性而受到人们的关注[1]，现在利用poss对聚合物的改性的研究也越来越多，本文就对近年来这方面的研究进行了综述。
1 笼型聚倍半硅氧烷(po ss)的结构及合成方法
1.1 poss的结构
poss的结构简式为（rsio1.5）n，于1946年由scott，d.w首先合成出来，但当时的产率极低，poss包含多面体硅-氧纳米机构
骨架，直径约为1.5mm，分子量可高达1000，分子为笼型结构。
poss 中的六面体倍半硅氧烷又称t8，其结构具有很好的对称性（如图1），其中的si原子可以和多种反应性和非反应性基团相连[2]。
六面体倍半硅氧烷，t8结构式
1.2 poss的合成方法
目前，poss单体的合成主要是通过rsix3水解来制备。
rsix3（r为有机基团，x=cl、och3、och2、ch3）的水解即溶胶－凝胶法，是制备t8- poss最直接的方法。
根据水解程度的不同，可分为完全水解和部分水解—封角法两种[3]。
1）完全水解法
这种方法主要以rsi（or）3或rsicl3 为原料在溶剂中经催化剂作用而成：反应可在水或有机溶剂中以酸、碱或金属盐为催化剂进行。
受单体来源的限制，这条路线主要用于制备甲基和苯基t8- poss。
2）部分水解—封角法
环戊基或环己基三氯化硅部分水解后形成缺角的t8- poss，是一种非常有用的中间体，从它出发可直接得到许多含单官能团的大分子单体。
它和带有官能团的烷基三氯化硅反应而封角直接形成功能性的t8- poss大分子单体。
2 poss对聚合物的改性研究
2.1 化学共聚法
poss对聚合物的改性中，化学共聚是指通过化学反应将poss接枝到聚合物主链中去，通过改变聚合物的结构而改变其性能。
王文平[4]等利用单官能团的3-氯丙基笼形倍半硅氧烷(poss)与官能化的聚苯乙烯( ps)进行缩合反应，得到poss/ ps 复合材料。
他们表征中间产物和poss/ ps 复合材料后发现，poss 笼上的c-cl 与官能化后ps 链上的醇钠官能团之间的缩合反应效率很高。
xrd测试表明poss 具有良好的分散性。
tga、dsc 分析结果表明，由于poss 的引入，poss/ ps 复合材料比纯ps 的初始分解温度提高69 ℃，玻璃化转变温度提高16℃。
合肥工业大学的王斌[5]等利用乳液聚合的方法，合成出以笼型聚倍半硅氧烷（poss）为核，聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）为壳的核壳型poss/pmma复合粒子。
通过红外光谱仪和光电子能谱证实复合粒子的合成，激光粒度仪测量复合粒子粒径（大小在50nm左右）及其分布，透射电子显微镜（tem ）观察复合粒子的形态，其单分散性较好。
陶玉仑[6]等采用含八乙烯基的poss为原料，与不同的聚氨酯预聚体进行共聚，合成了一系列poss基高分子胶粘剂材料。
通过表面红外、广角射线衍射和动态力学分析等方法表征了杂化胶粘剂的热性能。
结果表明当poss的质量分数为4%时，聚氨醋与化学交联形成网络，有最好的储能模量，同时具有最高的tg。
2.2 物理共混法
物理共混法是获得综合性能优异的高分子材料的重要途径之
一。
在poss对聚合物的改性研究中，物理共混是指将poss与聚合物通过物理的方法共同混合而形成的宏观上均匀，连续的固体高分子材料。
西北工业大学的张增平[7]等采用poss与环氧树脂（e51）按质量比1/9混合，制得有机无机杂化树脂；向纯环氧树脂或所合成的杂化树脂中，分别加入化学剂量比的固化剂dds，120℃下搅拌至固化剂完全溶解到树脂中，冷却后，tga分析表明，poss的加入提高了e51/dds 固化树脂体系的热性能。
张纬[8]等采用熔体共混法制备了笼型硅氧烷齐聚物（poss）/ 硅橡胶复合材料。
利用x 射线衍射仪和电子显微镜对复合材料中的poss分散情况进行了观察，结果表明，熔体共混后，一部分poss 以分子水平分散在硅橡胶中，另一部分poss 则由于自组织结晶以微米颗粒分散在硅橡胶中。
采用橡胶加工分析仪对复合材料的加工性能进行了表征，结果表明，某些情况下poss 对硅橡胶产生了增塑效应。
poss 对硅橡胶的增强效应、增塑效应取决于其分散结构。
高俊刚[9]等以乙烯基笼型倍半硅氧烷改性不饱和聚酯树脂，用非等温dsc法研究了upr 和5 % poss/ upr 体系的固化反应动力学以及表观反应活化能与转化率之间的关系，测定了玻璃钢层压板的力学性能和电性能。
结果表明，加入poss 固化反应ea 随反应程度增加而降低，通过使用两参数s-b模型描述固化反应过程，得到了反应动力学方程。
当poss 质量分数为5 %时玻璃钢层压板拉伸强度达到最大值，提高了17.6 mpa ，冲击强度随poss 加入量增加而降低，但在10 %时冲击强度
有所上升。
层压板电性能随poss 加入量增加而提高，其中体积电阻率和表面电阻率提高1个~2 个数量级。
3 结论
如今，由于poss的特殊结构赋予了它用于聚合物改性的独特优势，目前对它的研究发现poss能显著的改善聚合物热性能、电性能、以及力学性能，特别是热性能的显著改善，使得聚合物的应用范围进一步扩大，这将会给国民经济生产和人们的生活带来极大的改善。
因此poss的研究越来越受到人们的关注，poss基高分子材料的合成技术也日臻成熟，相信在10多年后，poss基高分子材料将在人们的生活中起到很大的作用。
参考文献
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