一种多功能耐高温POSS纳米分子材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能耐高温POSS纳米分子材料及其制备方法。所述制备方法为：在反应器中加入以下反应物：两端为碳链的胺类化合物RNHR1、八环氧基POSS及溶剂，待加入的反应物溶解且分散均匀后，加入催化剂，反应得到POSS基杂化材料；将POSS基杂化材料用有机溶剂、去离子水分别洗涤，除出残留的自由基引发剂及未反应的反应物，真空干燥后即得多功能耐高温POSS纳米分子材料。本发明专利技术通过氨基‑环氧基开环体系制备多功能纳米杂化材料的方法，从而得到热稳定性优良、疏水性的多功能纳米杂化材料，具有可控的凝聚态形态以及多功能反应基团等优点，可应用于耐高温增强型复合添加剂材料、粘结剂、增强剂及新型功能材料领域等。

A Multifunctional High Temperature Resistant POSS Nanomolecular Material and Its Preparation Method

The invention discloses a multifunctional high temperature resistant POSS nanomolecular material and a preparation method thereof. The preparation method comprises adding the following reactants in the reactor: amine compounds RNHR1, octaepoxy POSS and solvents with carbon chains at both ends, dissolving and dispersing evenly the reactants to be added, adding catalysts, and reacting to obtain POSS-based hybrid materials; washing POSS-based hybrid materials with organic solvents and deionized water respectively, removing residual free radical initiators and unreacted ones. Reactor, after vacuum drying, multi-functional high-temperature POSS nano-molecular materials can be obtained. The method of preparing multi-functional nano-hybrid materials by Amino-Epoxy ring-opening system obtains multi-functional nano-hybrid materials with excellent thermal stability and hydrophobicity. The nano-hybrid materials have the advantages of controllable condensation morphology and multi-functional reaction groups, and can be applied in the fields of high temperature resistant reinforced composite additives, binders, reinforcing agents and new functional materials.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能耐高温POSS纳米分子材料及其制备方法
本专利技术属于高分子合成方法
，涉及一种利用氨基-环氧基开环体系制备多功能耐高温倍半硅氧烷(POSS)纳米分子材料的方法，具体涉及一种将含多环氧基官能团的多面体寡聚倍半硅氧烷(EPOSS)、胺类化合物、自由基引发剂和溶剂搅拌均匀后，利用氨基-环氧基开环反应一步法制备的多功能耐高温倍半硅氧烷(POSS)纳米分子材料及方法。
技术介绍
固体功能材料是以物理性能为主可用于工业和技术中的工程材料的统称，即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材料。纳米技术的出现，使功能材料的发展更为迅速，新型功能材料不断涌现，高精度、高效能的功能材料层出不穷。纳米材料是组成相或晶粒在任一维度上尺寸都小于100nm的材料，是由粒径尺寸介于1～100nm之间的超细颗粒组成的固体材料。它们具有许多优异的性能，包括力学、磁学、电学、光学及催化等，具有广泛的高技术应用性。纳米材料尺寸非常小，一般具有较大的比表面，高的催化活性，但同时也具有非常高的表面能，这将导致纳米颗粒在热力学上是非常不稳定的，尤其在加热处理条件下，非常容易团聚。POSS作为一种全新的纳米材料，为聚合物纳米复合材料的研究注入了新的活力，为新材料的设计提供了新思路。由于POSS具有特殊的物理、化学性质，很容易通过反应、聚合或物理共混等方式均匀地分散到其他材料或聚合物体系，使得它在新型耐温和增强型材料改性领域，具有其它普通无机纳米材料无可比拟的优势。反应性具有无机芯结构的POSS功能分子，可以兼具无机材料高温稳定性和力学性能、有机组分又提高POSS分子粘结性能以及各种高分子体系的溶解性和相容性，同时可以与多种聚合物反应，作为封端基或交联固化中心，形成有机-无机杂化复合材料，以满足各种不同聚合物的改性需要。中国专利201310140789.6“一种二羟基笼型倍半硅氧烷单体及其制备方法”是在氮气保护的容器中加入二硅氢笼型聚倍半硅氧烷单体和丁香酚单体，两种单体的投料摩尔比1:2～16，加入甲苯作溶剂，滴加Pt质量百分含量为0.3％的占溶剂体积分数0.1％的卡斯特实际作为催化剂反应制得，其操作简单对环境无污染，双羟基POSS的合成可以直接引入到聚合物的直连中。中国专利201510232826.5“一种多面体笼型聚倍半硅氧烷和氢氧化钙复合阻燃材料的制备方法”中将三氯甲基硅烷和丙酮混合搅拌，升温回流过滤得到7甲基三羟基7聚倍半硅氧烷，生石灰和蒸馏水配置氢氧化钙溶液，将氢氧化钙溶液缓慢滴加到制备的硅氧烷中升温回流过滤干燥。充分发挥了多面体笼型倍半硅氧烷和氢氧化钙之间的协同作用，阻燃大幅度提高。中国专利201710548862.1“一种POSS/PPS纳米复合材料及其制备方法和应用”中通过聚苯硫醚，反应型多端基多面体倍半硅氧烷和辅料制成，通过在PPS中添加POSS以及改变相容性和分散性性，可以改善热性能和力学性能。具有强度高，韧性佳，耐高温氧化，耐光性强，流动性好，易于加工等优点。传统的纳米颗粒改性，其采用的设备结构复杂，造价昂贵，操作不便等缺点。而且，颗粒产物的收集也比较困难，收集的颗粒稳定性低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：传统的纳米颗粒改性，其采用的设备结构复杂、造价昂贵、操作不便等缺点，且颗粒产物的收集也比较困难，颗粒的稳定性低。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：在反应器中加入以下反应物：两端为碳链的胺类化合物RNHR1、八环氧基POSS及溶剂，待加入的反应物溶解且分散均匀后，加入催化剂；步骤2)：将步骤1)得到的溶液在氮气保护下，在30～80℃条件下反应2～6h，得到POSS基杂化材料；步骤3)：将步骤2)得到的POSS基杂化材料用有机溶剂、去离子水分别洗涤，除出残留的自由基引发剂及未反应的反应物，真空干燥后即得多功能耐高温POSS纳米分子材料。优选地，所述步骤1)中胺类化合物与八环氧基POSS的摩尔比为(1～8):1。优选地，所述步骤1)中的八环氧POSS的合成方法为：将3-缩水甘油丙氧基三甲基硅烷在盐酸的催化作用下水解缩合得到带有八个环氧基团的POSS。优选地，所述步骤1)中的催化剂为氯化锆、氯化钴、溴化锂、氟硼酸铜、氢化铝锂、高氯酸锂、氯化铝或碘化亚铜。优选地，所述步骤1)中胺类化合物RNHR1的R或R1为氢原子、惰性烷烃、芳烃、杂环基团或其它活性功能基团。优选地，所述步骤1)中的溶剂为乙醇、甲醇、水、甲苯、二氯甲烷、DMF、四氢呋喃、1,4-二氧六环、三甲苯和氯仿中的任意一种。优选为DMF，四氢呋喃，1,4-二氧六环。优选地，所述步骤3)中真空干燥的温度为40～60℃，时间为8～24h。优选地，所述步骤3)中的有机溶剂为乙醇、甲醇或三氯甲烷。本专利技术还提供了一种上述多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法制备的多功能耐高温POSS纳米分子材料。本专利技术通过氨基-环氧基开环体系制备多功能纳米杂化材料的方法，从而得到热稳定性优良、疏水性的多功能纳米杂化材料。不仅制备方法简单，无污染、可大批量生产，产品稳定、易储存，价格便宜，而且所制备的多功能纳米颗粒可以通过固相有机研磨法、高温熔融加工等方法与其它材料进行化学或物理复合，制备各种耐高温、增强型新型功能材料，操作简单，使用与制备工艺方便。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本专利技术利用一种通过氨基-环氧基开环体系制备多功能纳米杂化材料的方法提供了一种可行的方法，方法简单易行，反应高效快速，反应条件比较温和；2、本专利技术制备的多功能纳米杂化颗粒不易于任何溶剂的溶解，性质稳定不受溶剂侵蚀；3、本专利技术制备的多功能纳米杂化材料，具有较好的耐热性、高折射性、和耐水解性等优异性能，在功能高分子材料方面具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术提供的POSS纳米分子材料的制备方法的合成路线图；图2、图3为实施例1-4制备的POSS纳米分子材料的热重分析图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1一种多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法：1)：POSS-二乙胺比例为(1/1)的合成：3.5g(2mmol)的E-POSS溶解于30mL的三氯甲烷中，并在三口烧瓶中加入0.0027g(0.02mmol)AlCl3催化环氧基的开环作用；2)：在氮气保护条件下，向混合溶液中缓慢注射0.21mL(2mmol)的二乙胺。快速搅拌，60℃下回流反应4h，得到淡黄色固液混合物；3)：减压抽滤收集残渣，获得的粗产物用三氯甲烷和蒸馏水反复清洗提纯，真空烘箱40℃烘干24h，得到淡黄色粉末。本实施例的产率97％。合成路线及分子式见合成路线1。13CNMR:δ8.29,22.81,43.65,50.40,63.99,72.58。29SiNMR:δ-68.31，-130.96。其分解温度：177.88℃；最大分解温度：239.20℃；残碳量：32.50％。实施例2一种多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法：本实施例与实施例1的不同之处在于：所述步骤1)为：POSS-二乙胺比例为(1/4)的合成：二乙胺的加入量为0.84mL(8mmo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：在反应器中加入以下反应物：两端为碳链的胺类化合物RNHR1、八环氧基POSS及溶剂，待加入的反应物溶解且分散均匀后，加入催化剂；步骤2)：将步骤1)得到的溶液在氮气保护下，在30～80℃条件下反应2～6h，得到POSS基杂化材料；步骤3)：将步骤2)得到的POSS基杂化材料用有机溶剂、去离子水分别洗涤，除出残留的自由基引发剂及未反应的反应物，真空干燥后即得多功能耐高温POSS纳米分子材料。

【技术特征摘要】
1.一种多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：在反应器中加入以下反应物：两端为碳链的胺类化合物RNHR1、八环氧基POSS及溶剂，待加入的反应物溶解且分散均匀后，加入催化剂；步骤2)：将步骤1)得到的溶液在氮气保护下，在30～80℃条件下反应2～6h，得到POSS基杂化材料；步骤3)：将步骤2)得到的POSS基杂化材料用有机溶剂、去离子水分别洗涤，除出残留的自由基引发剂及未反应的反应物，真空干燥后即得多功能耐高温POSS纳米分子材料。2.如权利要求1所述的多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中胺类化合物与八环氧基POSS的摩尔比为(1～8):1。3.如权利要求1所述的多功能耐高温POSS纳米分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的八环氧POSS的合成方法为：将3-缩水甘油丙氧基三甲基硅烷在盐酸的催化作用下水解缩合得到带有八个环氧基团的POSS。4.如权利要求1所述的多功能耐高温POSS纳米分...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洪耀，于婷，赵岗，光善仪，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31