poss改性聚合材料
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。
poss改性聚合材料
用TG、DSC 等研究其热性能发现，加入POSS 后，聚合物的热分解温度( T d)和 T g较纯PMMA 均有显著提高，当加入质量分数为5% 的POSS 时，复合材料的T g提高了16． 4℃ ，初始分解温度和最快分解温度分别提高了44． 3℃ 和53 ． 3℃ 。 田春蓉等［34］以八氨苯基多面体低聚倍半硅氧烷( OapPOSS)为交联剂，原位 合成了含有POSS 结构的聚氨酯( PUR) 弹性体纳米复合材料，用TGA 对所合成 的复合材料 进行了表征。结果表明，将OapPOSS 引入PUR 的分子链以后，随着OapPOSS 用 量的增加，T g升高; 复合材料质量保持率为5% 的温度降低; 在分解温度以上 ，复合材料的分解速率随OapPOSS 用量的增加而降低，炭化率增加。表明， OapPOSS的笼型结构改善了PUR 弹性体纳米复合材料的耐热性。 张其荣等［35］采用化学改性方法制备了一种POSS 掺杂改性的PUR 水性分散体 乳液，并采用TGA 法得出质量分数为1% 和2% POSS 掺杂的PUR 薄膜的半寿温 度分别提高到351℃ 和355℃ 。说明具有优异性能的POSS 对改善水性PUR 的 耐热性起到了重要作用，而且随着POSS 加入量的增大，其耐热性能也随之提 高。
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半硅氧烷( OAPS) ］的共混物，考察了不同含量的OIBS，OAPS 对共混物性能的 影响。结果表明，随着OIBS、OAPS 质量分数的增加，共混物的分散性变差， 体系的稳定性变差。
五后序
POSS 改性聚合物阻燃性及热稳定性已被广泛研究，将在工业生产中有很大 的应用潜力。但因其本身合成机理复杂，成本高，生产周期长，从而制约了其 在工业上的应用。今后重点研究以下几个方面。
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
笼型聚倍半硅氧烷(POSS)对聚合物的改性
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]。
POSS改性环氧树脂制备及性能研究进展文献综述
POSS改性环氧树脂制备及性能研究进展文献综述近年来，随着科学技术的快速发展，环氧树脂作为一种重要的高性能材料得到了广泛的应用。
而POSS作为环氧树脂的一种新型改性剂，具有独特的结构和卓越的性能，引起了广泛的研究兴趣。
本文将综述近年来在POSS改性环氧树脂制备及性能研究方面的最新进展。
首先，POSS改性环氧树脂的制备方法可以分为两类，即物理混合和化学改性。
物理混合是将POSS和环氧树脂机械混合，通过表面张力和分散力使POSS分散在环氧树脂中。
而化学改性是通过共聚或交联反应将POSS与环氧树脂进行共价结合，形成POSS改性环氧树脂。
其次，POSS改性环氧树脂的性能也受到了广泛关注。
研究表明，POSS的加入可以显著改善环氧树脂的力学性能，如增加抗拉强度、弯曲强度和冲击强度。
同时，POSS还可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度和热稳定性，减少热膨胀系数和燃烧性能。
此外，POSS改性环氧树脂还具有良好的阻燃性能、耐化学性能和耐热老化性能等。
最后，POSS改性环氧树脂在应用方面也取得了显著的进展。
例如，POSS改性环氧树脂可以用于制备高性能复合材料，如航空航天材料、高性能涂层和电子封装材料等。
此外，POSS改性环氧树脂还可以用于制备低介电常数、低介质损耗的微波介质材料。
另外，POSS改性环氧树脂还可以用于制备纳米复合涂料、纳米填料和纳米复合材料等。
总结起来，POSS改性环氧树脂在制备及性能研究方面取得了显著的进展。
然而，目前仍存在一些问题需要进一步研究解决。
例如，POSS的加入量、POSS在环氧树脂中的分散性以及POSS改性环氧树脂的界面相容性等问题需要深入研究。
同时，对于POSS改性环氧树脂的结构和性能之间的关系还有待深入探索。
我们相信，随着研究的不断推进，POSS改性环氧树脂将在未来得到更广泛的应用。
POSS改性环氧树脂制备及性能研究进展【文献综述】
毕业论文文献综述化学工程与工艺POSS改性环氧树脂制备及性能研究进展一、前言部分环氧树脂具有优异的黏接性、耐磨性、电绝缘性、化学稳定性、耐高低温性，以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点，被大量应用于胶黏剂、电子仪表、轻工、机械、航天航空、绝缘材料等领域[1]。
但纯环氧树脂固化后呈三维网状结构，交联密高，存在内应力大、质地硬脆，耐开裂性、抗冲击性、耐湿热性差及剥离强度低等缺点，在很大程度上限制了其在某些高技术领域的应用。
环氧树脂的增韧方法很多，目前国内外的研究主要集中于如何获得具有更高性能的环氧树脂材料，以满足特殊场合的要求，使其得到更广泛的应用。
传统的聚合物具有良好的加工工艺性和相对低的成本，但由于其自身固有的低模量、低稳定性，使其应用受到了一定程度的限制。
多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一种近年来在国际上受到广泛关注的聚合物增强材料[2]，由POSS改性聚合物制备的有机-无机纳米杂化结构材料体系与传统的纳米复合材料相比有四大优点：(1)合成工艺简单有效；(2)无机纳米颗粒和空穴在体系中具有均匀的分散度；(3)合成材料时属于化学过程，形成的颗粒与本体间的表面结合力大大强于传统的物理机械掺混的表面结合力；(4)可以通过控制合成条件来控制无机纳米颗粒的尺寸，进行分子组装，从而达到控制所需材料宏观性质的目的。
这种新的改性传统聚合物的方法已经成为目前新一代聚合物的研究热点。
有机无机纳米杂化材料是近年发展起来的一种新型复合材料，它兼具有无机材料的耐热、耐氧化和良好的力学性能，以及有机材料的柔韧性、良好的加工性能等优点[3-5]。
倍半硅氧烷的分子结构由Si-O-Si形成的主链及有机基团形成的侧链组成，三维结构大小在1-3 nm范围内，是一种真正分子水平上的有机无机纳米杂化材料[6,7]。
倍半硅氧烷的这种结构使其具有耐高低温、难燃、电气绝缘性能好等优点。
用倍半硅氧烷改性高分子材料不仅保持了高分子材料原有的优点，而且可以使高分子材料的耐热性能、阻燃性能、机械性能和耐压性能等性能提高[8-13]。
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改性聚氨酯的研究进展
１ 物 理共 混法
如 内交联 改性 、 交联 改性 、 外 自交 联 改性 等 。 近年来 ， 多面体 齐 聚倍半 硅 氧烷 （ Ｏ Ｓ 改 性 聚 Ｐ Ｓ）
氨酯 的研 究 引 起 了 国 内 外 研 究 人 员 的 极 大 关 注 。 ＰＳ Ｏ Ｓ是 一类 三维 立体 结构 的有 机／ 无机 杂 化物 。分 子式 为 （ ＳＯ ） （ Ｒ ｉ ｎ＝６ ８ １ 、 、２等 ） Ｒ 可 为烷 基 、 ， 芳
和化 学性 质 的聚 氨酯材 料 。改性 方 法主要 为 有机 树 脂复 合改 性 、 天然 高分 子改 性 ， 聚氨 酯主链 结 构改性
材料 ， 具有 表 面效 应 、 尺 寸 效 应 、 米 量 子 尺 寸效 小 纳
应 等 特 殊 性 质 。将 Ｐ Ｓ Ｏ Ｓ引 入 聚 氨 酯 体 系 中 ， 能够 在 纳 米尺 度上 改性 聚氨 酯 ， 提高 聚 氨酯 的热稳 定性 、 耐 水性 、 候性 以及 力 学 强 度 等 性 能 。作 者从 物理 耐 共 混 法和化 学 改 性 法 两 个 方 面综 述 了近 年 来 Ｐ Ｓ ＯＳ
刘 新 许 ， 凯 付 子 恩 陈 鸣才
（ ．中 国科 学 院广 州化 学研 究所 １ 摘
５０ ５ ） ２ １ ６ ０ （ ．中国科 学院研 究 生 院 北京 １ ０ ３ ） ０ ０９
要 ：多面体 齐聚倍 半硅 氧 烷 （ Ｏ Ｓ 是 一 类 具 有 三 维 立 体 结 构 的 无 有机 杂 化 材 料 。采 用 Ｐ Ｓ）
、
㈣
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化体 的燃 着 时 间却 缩 短 ２倍 。Ｐ Ｓ／ Ｐ Ｏ Ｓ Ｔ Ｕ杂 化 体燃
POSS改性石墨烯的制备及表征(三等奖)
POSS改性石墨烯的制备及表征摘要：石墨烯是一种新兴的无机二维片层碳纳米材料，自2004年横空出世后，就以其独特的结构、电学、热学、力学和光学性能等一系列综合性能吸引广大科研工作者的广泛关注，从而迅速成为物理化学和材料学等领域的研究热点。
但是由于石墨烯的表面缺少一些可以与其他有机物质的反应的官能团，加之自身的物理性质，其在有机溶剂中分散很困难，从而限制了石墨烯在很多领域的应用。
近些年来，有不少关于对石墨烯或者氧化石墨烯改性或者功能化的报道，得到了应用性很高的改性石墨烯材料。
但是，石墨烯在有机聚合物中的分散性仍然需要做进一步的提高，如功能化分散性的提高等等。
本文针对这一问题，通过对自制氧化石墨烯进行一系列的处理，在石墨烯上接上一种异辛基的POSS（笼型倍半硅氧烷），并通过红外（IR），X-射线衍射扫描(XRD)，高分辨电镜（HRTEM），原子力显微镜（AFM）对最后的产物进行表征。
改性后的石墨烯由于接上了带有烷基链的POSS，提高了石墨烯在聚合物中的分散性，从而使石墨烯与聚合物形成的复合材料具有优异的性能关键词：石墨烯改性分散性功能化第一章：绪论1.1前言当今世界科学技术日新月异，人们的生活丰富多彩，为了寻求更加舒适的生活方式，人们对材料到的要求也越来越高。
传统意义上单一种类的材料已经很难满足人们的使用要求，多种材料之间通过一定的加工方式形成的复合材料，以其优异的物理化学性能成为各大研究领域的热点。
近年来石墨烯作为一种新兴的材料，密度小、强度大、刚度好、高导电等特性成为广大科研工作者争相研究的对象。
碳材料是地球上最普遍也是最奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石，也可以形成最软的石墨。
近20 年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，1985 年发现的富勒烯和1991 年发现的碳纳米管均引起了巨大的研究热潮。
2004年，英国科学家发现了由碳原子以sp2 杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯(Graphene)，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环(图1)，是目前最理想的二维纳米材料。
充氟化催化法制备POSS改性聚碳酸酯的研究
充氟化催化法制备POSS改性聚碳酸酯的研究自20世纪80年代初期以来，聚合物材料的研究和开发一直处于高速发展的状态。
聚碳酸酯是一种广泛应用的高分子材料，在塑料制品、电子产品、汽车、建筑等领域有着广泛的应用。
然而，聚碳酸酯的应用范围还需进一步扩展，其中一个关键的问题是其力学性能。
POSS是指能在重氮气体或氟化氢等化学处理条件下合成的正八面体的聚合物单体单元，具有优异的机械、导电、导热等性能。
POSS与聚碳酸酯的复合能够改变聚碳酸酯的性质，提高其强度、耐热性和导热性等。
因此，POSS改性聚碳酸酯是一种非常有前途的高分子结构材料。
POSS的结构和制备方法POSS是正八面体的聚合物单体单元，具有八面体结构的体积共价电子态，可用作聚合物结构单元。
POSS的结构通常使用R （SiO1.5）8的表示方式，其中R表示有机基团，SiO1.5表示 Si—O链的异构单元。
目前，商用的POSS包括十六烷基POSS、甲基、乙基POSS等。
制备POSS的方法有很多种，如氧化还原法、开环聚合法、光化学反应等，其中以充氟化反应最常用。
充氟化反应是将POSS与氟化氢反应，生成充氟化POSS，其反应可以写为：(R-SiO1.5)8+n HF△→CF3(R-SiO1.5)8+n H2O该反应在光或电场作用下，催化剂的存在可以得到更完全的反应产物，进一步提高产物的收率和质量。
POSS改性聚碳酸酯的制备方法POSS改性聚碳酸酯的复合过程通常采用加入POSS单体或在聚合物中加入POSS复合单体等方法进行。
然而，POSS复合单体的制备成本较高，会影响到该方法的应用。
近年来，研究人员发现采用充氟化反应将POSS与聚碳酸酯体系结合成配位化合物，然后进行聚合反应，可以制备出POSS改性聚碳酸酯。
一般来说，制备POSS改性聚碳酸酯的步骤包括：（1）充氟化POSS的制备。
将POSS和氟化氢反应，生成充氟化POSS。
（2）制备POSS和聚碳酸酯的配位化合物。
笼型聚倍半硅氧烷(POSS)对聚合物的改性
笼型聚倍半硅氧烷(POSS)对聚合物的改性作者：樊波,彭柏鹭来源：《科技传播》2011年第24期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。
poss材料
poss材料Poss材料。
在科学研究和实验中，我们常常需要使用各种不同的材料来进行实验或制作实验装置。
而在这些材料中，poss材料是一种非常重要的材料，它具有许多独特的性质和用途。
本文将介绍poss材料的定义、特性、应用以及未来发展方向。
首先，poss材料是指聚合物纳米复合材料，其名称来源于其主要成分，即聚合物和纳米级填料。
poss材料具有许多优异的性能，如高强度、高韧性、耐热性、耐腐蚀性等。
这些性能使得poss材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。
其次，poss材料的应用非常广泛。
在航空航天领域，poss材料可以用于制造飞机和航天器的结构件，其高强度和耐热性能可以有效提高飞行器的安全性和性能。
在汽车制造领域，poss材料可以用于制造汽车零部件，如发动机罩、车身结构等，其高韧性和耐腐蚀性能可以有效延长汽车的使用寿命。
在电子设备领域，poss材料可以用于制造电子元件的封装材料，其高温稳定性和耐化学性能可以有效保护电子元件不受外界环境的影响。
另外，poss材料还具有许多未来的发展方向。
随着纳米技术的不断发展，poss 材料的性能和应用领域将会得到进一步拓展。
例如，通过控制纳米填料的形状和分布，可以进一步提高poss材料的力学性能和导热性能。
同时，poss材料在医学领域的应用也具有巨大的潜力，例如可以用于制造人工骨骼和人工关节等医疗器械。
综上所述，poss材料是一种具有重要意义的材料，在各个领域都具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，poss材料的性能和应用领域将会得到进一步拓展，为人类社会的发展做出更大的贡献。
希望本文能够对poss材料有所了解，并为相关领域的科学研究和工程应用提供帮助。
POSS的研究进展及其在改性发光材料中的应用
国立交大的Feng-Chih Chang课题组通过原子 转移自由基聚合和点击化学方法制备了星形 的PNIPAm（聚N-异丙基丙烯酰胺）-POSS 之后采用凝胶渗透色谱法（GPC）、FTIR、 NMR、荧光光谱法（PL）分析了其分子量、 化学结构及其光致发光性能。 研究发现：这个星形聚合物具有较好的发蓝 光的性能。他们认为这种光致发光性能与聚 合物中的氢键引起分子链的刚性有关。
耐热材料
POSS分子具有特殊的笼状结构，分子结构中的有 机基团与耐热性很强的无机分子连接，使其在高 温条件下十分稳定。且摩尔质量与分子尺寸均要 比一般的无机填料大，因而POSS分子可以很好地 控制聚合物分子链的运动，从而大大提高材料的 使用温度。 如：可以将POSS改性的复合材料应用到航天器的 绝热板中，当遇到小的缺陷时，POSS能打开硅氧 骨架，形成新的骨架结构，该材料具有“自愈合” 功能。
硅氧无机核心赋予POSS良好的耐热性能。当POSS的温
度升高到聚合物开始融化的温度时，POSS的分子结构
保持不变；当高温使其表面的有机分子氧化时，POSS
因对氧稳定而能固定住被氧化的有机分子，形成一层耐
火层并提供结构支撑。
POSS分子可以很好地控制聚合物分子链的运动(摩尔质
量(l 000 g/mol)与分子尺寸均要比一般的无机填料大)
2、官能团衍生法 通过对已经存在的POSS上的R基取代基进行官能 化，衍生出许多新的POSS，将该方法统称为官 能团衍生法。如：安徽大学徐洪耀课题组，采用 硅氢加成制备了POSS 基发光材料EMOF-POSS。
3、顶点-盖帽法 顶点盖帽法以不完全水解的单体为前驱体，与 三氯硅烷缩合，形成单官能团的POSS。 R基主要是环戊基，环己基，苯基等，R’为活 泼的官能团，如：氢，卤素，氨基，烯烃，环 氧基或者丙烯酸基等
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王献彪等36］通过自由基聚合的方法将八乙烯基多面笼型POSS 与丙烯腈( AN) 共聚合得到PAN － POSS 共聚物。采用TG 和DSC 法对PAN － POSS 共聚物性 能进行研究表明，POSS 笼型结构以化学键合的方式在分子水平上均匀地分散 在杂化聚合物中，形成星型结构的PAN /POSS 纳米复合材料，该复合材料的Td 随POSS 含量的增加而不断升高。为降低笼型倍半硅氧烷EP 的官能度。 孔德娟等［37］合成了一种含有部分甲基的笼型倍半硅氧烷EP(GM －POSS) ， 其结构以六面体的T8 为主。用DSC、TG 研究了双酚－ AEP /GM － POSS 共混 物的热性能。结果表明，共混物的T g 、T d和热残余量均随GM － POSS 加入 量的增加而升高。 多数研究表明，POSS 的含量越大，聚合物/POSS 复合材料的热性能越好。 但商宇飞等［38］采用环氧基POSS 对双酚－ A 氰酸酯和EP 共聚体系进行改 性。结果表明，与纯氰酸酯/EP 体系相比，其T g在POSS 质量分数为1% 时达 到最大 后又随POSS 含量的增加而下降。这是因为高含量POSS 由于部分POSS 以游离晶 体形式存在于基体中，POSS 分散不均，出现团聚、 结晶的现象，增大了基体 自由体积，所以材料的T g会有所下降。 王好盛等［39］采用熔融模压法分别制备了聚( 3- 羟基丁酸酯-co-4- 羟基丁 酸酯) ［P(3HB-co-4HB) ］和［八异丁基倍半硅氧烷( OIBS) 和八氨基苯基倍
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Xu Hongyao 等［14 － 16］在对乙烯吡咯烷酮－POSS(PVP － POSS) 共聚物，4- 乙酰氧基苯乙烯－POSS(PAS －POSS) 共聚物 的热性能及PAS － POSS 与对羟基苯乙烯－POSS(PHS －POSS) 共 聚物热性能对比研究中发现，前两种共聚物的玻璃化转变温度( T g) 均随POSS 含量的呈先降后升的趋势。导致两种共聚物T g升高 的主要原因是偶极－ 偶极作用和纳米效应。当刚加入POSS 单体 时，共聚单体分子间偶极－ 偶极作用起主导作用，因而共聚物的 热性能降低; 随着POSS含量的增加，POSS 的纳米效应和POSS 与 共聚单体间的偶极－ 偶极作用的增强，共同阻碍了分子链的自由 旋转和运动，导致了共聚物热性能增强。在PAS － POSS 与PHS － POSS热性能对比的实验中发现，PHS 的—OH 与POSS 的O 原子 之间形成了较强的氢键作用，有效地抑制了分子的运动。
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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 加入Al 基POSS，可以使PP 基聚合物具有优异的阻燃性; Zn 基POSS 与Al 基 POSS 相比，其低聚结构使之在升温时无挥发现象，并且残炭较多也更为稳定。 J． Panchatapa 等［26］采用锥形量热仪对聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA)－ 三 硅烷醇苯基POSS 的纳米复合材料的燃烧行为进行了测试，研究表明，加入三 硅烷醇苯基POSS 的PMMA的燃烧时间和热释放速率较纯PMMA 并没有明显改变。 G． Chigwada 等27］在对含磷阻燃剂与热固性乙烯基酯树脂( PVE) 的协同作 用研究发现，在纯PVE 中加入质量分数为4% 的乙烯基－POSS(V －POSS) 时热 释放速率降低，在该体系中再加入质量分数为4% 的三甲苯基磷酸盐时，热释 放速率提高，总热释放量降低40% ～ 50%，残炭率提高20% 。 Xuan Fu［28］用锥形量热仪对POSS － 乙烯基乙基醚( EVE) 的阻燃性进行 研究，发现POSS 与EVE 共混物的残炭率为30% ～ 40%，较纯EVE 残炭率的8% 有较大的提高。 S． Bourbigot 等［29］在研究涂有纳米复合涂料聚氨酯( PUR) 和POSS(TUP －POSS) 的纺织品和纤维织物中发现，将TUP － POSS 涂于聚酯织物表面，其 热释放速率较纯聚酯织物降低50% 。
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用TG、DSC 等研究其热性能发现，加入POSS 后，聚合物的热分解温度( T d)和 T g较纯PMMA 均有显著提高，当加入质量分数为5% 的POSS 时，复合材料的T g提高了16． 4℃ ，初始分解温度和最快分解温度分别提高了44． 3℃ 和 53． 3℃ 。 田春蓉等［34］以八氨苯基多面体低聚倍半硅氧烷( OapPOSS)为交联剂，原位 合成了含有POSS 结构的聚氨酯( PUR) 弹性体纳米复合材料，用TGA 对所合成 的复合材料 进行了表征。结果表明，将OapPOSS 引入PUR 的分子链以后，随着OapPOSS 用 量的增加，T g升高; 复合材料质量保持率为5% 的温度降低; 在分解温度以上， 复合材料的分解速率随OapPOSS 用量的增加而降低，炭化率增加。表明， OapPOSS的笼型结构改善了PUR 弹性体纳米复合材料的耐热性。 张其荣等［35］采用化学改性方法制备了一种POSS 掺杂改性的PUR 水性分散体 乳液，并采用TGA 法得出质量分数为1% 和2% POSS 掺杂的PUR 薄膜的半寿温 度分别提高到351℃ 和355℃ 。说明具有优异性能的POSS 对改善水性PUR 的 耐热性起到了重要作用，而且随着POSS 加入量的增大，其耐热性能也随之提 高。
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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。 POSS 改性聚合物复合材料热稳定性的机理：POSS 提高聚合物材料热稳定性的机理 主要有: POSS 的刚性，POSS 的物理聚集及交联作用，POSS 与共聚单体之间的偶极－ 偶极作用、 纳米效应以及氢键作用等。不同的聚合物/POSS 共混物中有不同的机理起主 导作用。董翠芳等在研究甲基丙烯酰氧丙基笼型倍半硅氧烷( MAP －OSS) 改性不饱和聚 酯( UP) 的热性能时，发现MAP － POSS 引入键能较大的Si—O 键和Si—C 键及POSS 分 子中庞大的笼型结构和局部交联，均会阻碍分子链的运动和小分子的逸出，其综合作用 提高了聚合物复合材料的热稳定性。
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C结构
POSS 是一类结构简式为RSiO 1．5 的硅烷化合物［2］，分子中R 基团可 以为氢原子、 烷基、 芳基、 烯基等 有机基团，其分子结构主要有无规结 构、 梯形结构、 部分笼形结构与笼 形结构。 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］。
性高和优异的力学性能，同时兼顾有机材料的易加工、 韧性好和密度低等特点。且其分子设计易实现，可得到 期望的具有特定的分子结构。同时，这类有机－无机杂 化材料中不存在无机离子的团聚和两相界面结合力弱的 问题。这些特点引起人们的广泛关注。尤其不完全缩合的POSS
是近年来POSS 合成领域研究的新热点【1】。本文综述了POSS 在 阻燃性和热稳定性方面的机理及其应用。。
POSS 改性聚合物复合材料
-----多面体低聚倍半硅氧烷( POSS) 改性聚合物复合材料阻燃性及热稳定 性
目录
1
前言
POSS结构 阻燃性及热稳定性的机理 阻燃性及热稳定性的合成及应用 后序
2
3
4
5
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一前言
随着科技的发展，单一材料性能的局限性已满足不了人们的需 求。为了提高材料的总体性能，人们将不同性能的材料进行复合。 其中，多面体低聚倍半硅氧烷( POSS) 是近年来发展起来的一种 新型的有机－ 无机杂化材料。它具有无机材料热氧化稳定
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POSS 在聚合物热稳定性方面的合成及应用
曹新鑫等［30］采用熔融挤出共混法将V － POSS 共聚物添加到均聚聚丙烯 ( IPP) 中制备共混材料，研究了不同组成的PP /V － POSS 混合物的热降解 行为，发现PP /V － POSS 混合物热降解行为均表现为单一失重阶段的降解过 程，热稳定性随V － POSS 质量分数增加而提高; 共混物的热分解反应级数和 活化能呈增大趋势。 董双良等［31］以环氧丙烯酸酯为单体，不饱和笼型POSS及N-对甲苯马来酰亚 胺( NPTMI) 为耐高温改性剂，选择合适的氧化还原体系及其它助剂，制成耐 高温厌氧胶，对其性能进行测试。结果表明，固化后的厌氧胶的热分解温度达 到300℃ 以上，其耐热温度也达到200℃ 。 郭晓冉等32］用单官能团3- 氯丙基笼型POSS 与官能化的聚苯乙烯( PS) 进行 缩合反应，得到PS /POSS 复合材料，采用热重( TG) 分析、 差示扫描量热 ( DSC) 分析等方法进行了研究。结果表明，由于POSS 的引入，PS /POSS 复 合材料比纯PS 的初始温度提高69℃ ，T g提高16℃ 。 王斌等［33］以CuCl 2/2，2'- 联吡啶为催化剂，单功能基POSS － Cl 为引 发剂，采用原子转移自由基聚合方法制备了PMMA /POSS 核壳型结构的纳米复 合材料。