POSS在聚硅氧烷中的自组装行为与性能研究

本研究拟采用国际上合成POSS的最新技术，创造性的在聚硅氧烷上均匀地引入POSS悬垂链和将POSS作为嵌段链引入到聚硅氧烷的主链之中，形成结构明确的POSS-聚硅氧烷共聚物，并与POSS-聚硅氧烷共混物一起构筑三类模型体系。采用同步辐射，TEM，SEM，Instron，MTS和FTIR-TGA等研究POSS与聚硅氧烷共聚和共混的复合方式，其分子结构，化学交联及填充与否影响POSS在聚硅氧烷中的自组装行为，聚集态形式，微观相形貌的演变的规律；研究不同的微观相态结构与POSS-聚硅氧烷耐热性，热氧稳定性和力学性能之间的关系；提出增强聚硅氧烷弹性体力学性能，提高耐热性和抗环境降解性的机理。探索由POSS改进聚硅氧烷性能取得重大突破的科学原理和技术方法。本研究很好地结合了科学兴趣和新材料的开发，对于我国自主创新地开发聚硅氧烷高性能特种弹性体材料具有重要意义。

对合成POSS的方法学进行研究，第一次依据实验证据，提出了以改良缺角闭环法合成POSS的原理。合成出六种不同结构的POSS，收率可达50-70%，通过优化和放大，为小批量生产单氢和双氢POSS以及进一步的官能化反应奠定了基础。将获得的POSS与线性的聚硅氧烷（PDMS）进行接枝或嵌段反应，得到POSS/PDMS齐聚物，制备出初始热降解温度分别可提高120℃和 65℃的对应两种POSS/室温硫化硅橡胶。对其原理研究揭示，在接枝型PDMS中，POSS微晶聚集体和POSS自由基阱的交互作用，在嵌段型中POSS增加PDMS链段刚性的作用分别是提高其耐热性的主要机制。将POSS通过共混或共硫化技术引入到高温硫化硅橡胶之中，研究了POSS的结合方式，其结晶与非晶的自组装结构对于PDMS基体的聚集态结构和复合橡胶性能的影响，发现POSS微晶聚集体诱导加速PDMS结晶，却不提高其结晶度，但作为物理锚定点，提高了复合橡胶的Tg,耐热性和力学性能，而较大尺寸POSS聚集体的非均匀性，只能引起应力集中。通过官能团转化，将POSS引入环氧树脂之中，POSS的非晶微聚集体可同时对环氧树脂起到增强增韧的作用。此外，也对POSS与防老剂中间体结合制备非迁移性防老剂进行了有益探索。