POSS核树枝状大分子/碳纳米管杂化凝胶的制备、自组装机理及改性聚合物的研究

This project designed four dendrimers with polyhedral oligomericsilsesquioxanes (POSS) as the nucleus and own different density of aromatic ring groups outside, the gelators can self-assemble into gel network in polymerizable organic solvent and induce orderly arrangement of carbon nanotubes on fibers’ surface to form a hybrid gel fiber network. After in situ polymerization of polymerizable solvent, the efficient POSS-dendrimers /PMMA/carbon nanotubes composites with conductive, flame retardant, toughness can be successfully prepared. With the introduction of POSS nuclear dendrimers, the behavior and the properties of gel as well as the structure, the dimension and self-assembly mechanism of gel network can be investigated; The structure and morphology of the organic-inorganic hybrid gel network in the composite materials was controlled by aromatic ring groups outside, type of the hydrogen bond, generation and so on. With the introduction of POSS nuclear, the toughness and flame retardant performance can be systematacially investigated. This project gathers with the characteristics of POSS nuclear, carbon nanotubes, gelators and molecular composite respectively. Through their interaction, the composite polymer materials which with high flame retardant, high conductivity, high toughness can be prepared

本项目设计了四种以多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）为核，外臂带不同密度芳环基团的有机/无机杂化树枝状大分子，该凝胶因子在有机溶剂中自组装成的凝胶网络可诱导碳纳米管在其表面进行有序排列，从而形成杂化凝胶纤维网络，并在此杂化凝胶网络存在下，使可聚合溶剂进行原位聚合，制备具有含导电、阻燃、韧性的高效POSS-树枝状大分子/碳纳米管/PMMA复合材料。通过引入POSS核树枝状大分子，研究凝胶因子的凝胶行为，凝胶特性，凝胶网络结构，凝胶网络尺寸，自组装机理以及凝胶纤维对复合材料性能之间的内在联系；通过改变凝胶因子外部芳环基团的浓度，氢键类型，代数等调控碳纳米管在凝胶网络上的自组装过程以及杂化凝胶纤维对复合材料性能之间的影响。通过引入POSS核，系统研究复合材料的韧性以及阻燃性能等。本项目集合POSS核，碳纳米管，凝胶因子以及分子复合材料各自的特点，通过相互作用，制备一种集高阻燃，高导电，高韧性的复合

树枝状凝胶因子通过非共价键作用构筑而成的自组装结构独特、功能特异的可逆性软材料，在生物医药、光电材料、自修复材料、催化剂载体等领域拥有的巨大潜在性应用价值。充分理解自组装凝胶网络结构形成的机理，掌握其形成与树枝状大分子结构及凝胶性能间的关系，并将其应用于实际则成了首要解决的问题。基于此，本项目从L-赖氨酸为基树枝状大分子的分子结构设计入手，以L-赖氨酸为基础，合成了一系列双组分凝胶因子，哑铃型单组份凝胶因子以及POSS核立体型树枝状大分子以及其分子复合材料各自的特点，通过与可聚合溶剂相互作用，热聚合制备了一定韧性和耐热性能高聚物复合材料等。论文的主体内容包括以下三个部分：.第一部分：通过L-赖氨酸甲酯盐酸盐为基，合成了两种树突状凝胶因子Branch1(COOH)和Branch2(COOH)，并将其与氨基化合物进行结合，制备了双组分凝胶因子，系统性地研究了烷基氨基链段长度（1,12-十二烷二元胺、十四胺、十六胺、十八胺）的变化、氨基数的变化对其在可聚合溶剂（二甲苯、苯乙烯和MMA）中的自组装行为影响，考察了热力学凝胶性能、微观形貌变化以及自组装机理以及荧光性能变化等。这对指导设计二组分凝胶因子的设计以及在可聚合溶剂中的自组装行为有重要的参考意义。.第二部分：通过以1,12-十二烷二元胺为中心核、酰胺键为连接键，设计合成了三种外部带L-赖氨酸基团的哑铃型单组份树枝状凝胶因子C12-BOC- Lys(Z)、C12-Z-Lys(BOC)和C12-Z-Lys(Z)。考察了它们在可聚合溶剂中的自组装行为影响，考察了热力学凝胶性能、微观形貌以及自组装机理以及荧光性能等。原位聚合后被制备了凝胶因子复合材料，结果表明嵌入凝胶因子可以显著提高复合材料耐热性能且保持了它高储能模量，高透明度以及质轻的特点。.第三部分：通过以POSS为中心核、酰胺键为连接键，设计合成了两种外部带L-赖氨酸基团的立体型树枝状凝胶因子POSS-BOC- Lys(Z)、POSS-Z-Lys(BOC)。考察了它们在可聚合溶剂中的自组装行为影响，考察了热力学凝胶性能、微观形貌以及自组装机理以及荧光性能等。获得了POSS基树枝状大分子自组装的基本规律。