侧甲氧基聚硅氧烷的制备与性能研究

论文摘要

聚硅氧烷（Polysiloxane）是一类以Si-O-Si为主链、以有机基团为侧基的高分子,由于其结构中既含有无机结构又含有有机基团,因此兼具无机和有机材料的双重特点,它的各种特殊性能已获得了广泛的应用。本论文合成了一种侧基为甲氧基的线型聚硅氧烷（侧甲氧基聚硅氧烷,Polymethylmethoxysiloxane,简称PMOS）,研究了PMOS的合成制备、交联固化、固化物的力学性能与耐热性能,研究了PMOS在耐高温基体树脂、室温耐热增强交联剂等方面的应用,并且研究了侧烷氧基PMOS.苯乙基改性PMOS等PMOS衍生物的制备与性能。主要工作如下：1、设计反应路线,由含氢硅氧环体（D4H）通过开环反应得到侧基为氢基的线型有机硅长链分子（PMHS）,再由这种侧氢基的有机硅长链分子通过脱氢取代反应得到侧基为甲氧基的线型有机硅长链分子（PMOS）,并且建立了实现这种反应路线所需的工艺体系。2、将PMOS通过甲氧基的水解缩合反应在室温下固化形成高交联密度的有机硅材料,通过IR等手段确认了固化反应的进行,由凝胶时间推算得固化反应的表观活化能为98.5kJ/mol。3、研究了PMOS固化物的耐热性能与力学性能,结果表明,PMOS固化形成的高交联密度有机硅材料在760℃C时失重为10%,80℃C时实模量E’为2.5×108,80℃时虚模量E”为3.2×106,在-18℃时耗能因子tan δ达到峰值0.06,PMOS固化物在耐热失重性能、动态力学性能等方面都优于一般的有机硅材料。4、将PMOS用作耐高温基体树脂,分别与金属粉、CaCO3粉等配置成为耐高温复合材料。研究表明,PMOS可以用作耐高温复合材料的基体树脂,且粉体填料可在一定范围内提高材料的性能。5、将PMOS应用为硅橡胶的室温固化交联剂,在室温下与端羟基二甲基聚硅氧烷（PDMS）交联固化,研究了交联固化反应的活化能、固化后硅橡胶的结构形态、PMOS对硅橡胶的力学性能与耐热性能的影响。结果表明,硅橡胶交联固化反应的活化能随PMOS含量的增大而降低,并在固化过程中原位形成大量增强相。硅橡胶的强度、模量、热降解反应的表观活化能都随PMOS含量的增大而增大,断裂伸长率、热失重随PMOS含量的增大而减小。通过IR、XRD、XPS等手段表征了硅橡胶高温老化产物的结构,结果表明PMOS一方面可以减少硅橡胶的主链断裂降解,另一方面也可以阻碍硅橡胶侧基的氧化降解。6、设计反应路线,将乙醇、异丙醇等与侧基为氢基的线型有机硅长链分子（PMHS）进行脱氢取代反应,合成了侧基分别为乙氧基、异丙氧基的PMOS衍生物。固化实验表明,乙氧基侧基PMOS衍生物和异丙氧基侧基PMOS衍生物的固化反应表观活化能低于PMOS的固化反应表观活化能。7、设计反应路线,通过苯乙烯（St）与侧氢基聚硅氧烷（PMHS）的硅氢加成反应,在长链线型有机硅分子的侧基上引入苯乙基,合成了苯乙基改性PMOS衍生物。结果表明,升高温度、增加催化剂的量与增加反应时间都会有利于反应的进行；在60℃C下的反应产物中,α一加成产物与β—加成产物的比例为71：29。8、设计反应路线,通过二乙烯基苯（DVB）与侧氢基聚硅氧烷（PMHS）的硅氢加成反应,制备了二乙烯基苯改性PMOS衍生物,研究了固化反应的性能与固化产物的耐热性能。结果表明,该硅氢加成反应的活化能为53.1kJ/mol,所得固化物在1400℃C时质量残留为74%,固化物热降解反应的活化能为29.6kJ/mol。这种苯乙基改性PMOS衍生物可与玻璃纤维制备成高性能复合材料。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 聚硅氧烷材料概述
• 1.1.1 聚硅氧烷的分类
• 1.1.2 聚硅氧烷的发展历程
• 1.1.3 聚硅氧烷的合成方法
• 1.2 交联聚硅氧烷材料概述
• 1.2.1 交联聚硅氧烷的分类
• 1.2.2 聚硅氧烷的交联固化反应
• 1.2.2.1 缩合反应交联
• 1.2.2.2 催化加成交联
• 1.2.2.3 过氧化物固化交联
• 1.2.3 聚硅氧烷的高温老化
• 1.2.3.1 聚硅氧烷的高温老化机理
• 1.2.3.2 影响聚硅氧烷耐高温性能的因素
• 1.2.3.3 提高聚硅氧烷耐高温性能的途径
• 1.3 室温固化耐高温有机硅粘合剂
• 1.3.1 有机硅耐高温粘合剂概述
• 1.3.2 室温固化耐高温有机硅粘合剂的分类
• 1.3.3 室温固化耐高温有机硅粘合剂的性能及应用
• 1.4 论文选题的依据和主要研究内容
• 1.4.1 论文选题的目的和意义
• 1.4.2 论文的主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料与实验仪器
• 2.2 侧甲氧基聚硅氧烷的制备
• 2.3 侧甲氧基聚硅氧烷的固化
• 2.4 侧甲氧基聚硅氧烷与端羟基聚二甲基硅氧烷的固化
• 2.5 侧甲氧基聚硅氧烷/粉体填料复合材料的制备
• 2.6 侧乙氧基聚硅氧烷的制备
• 2.7 侧异丙氧基聚硅氧烷的制备
• 2.8 苯乙烯改性聚硅氧烷的制备
• 2.9 二乙烯基苯改性聚硅氧烷的制备
• 2.10 结构表征方法
• 2.10.1 红外表征
• 2.10.2 核磁表征
• 2.10.3 X射线衍射表征
• 2.10.4 粘度测定
• 2.10.5 凝胶渗透色谱测定
• 2.10.6 透射电子显微镜
• 2.10.7 X射线光电子能谱分析
• 2.11 固化过程测试方法
• 2.11.1 凝胶时间的测定
• 2.11.2 表干时间的测定
• 2.12 固化物性能测试
• 2.12.1 拉伸性能
• 2.12.2 冲击性能
• 2.12.3 弯曲性能
• 2.12.4 热失重分析
• 2.12.5 动态力学性能分析
• 2.13 固化反应表观活化能的计算
• 2.14 固化物热降解反应表观活化能的计算
• 2.15 元素含量的计算
• 2.16 固化物平均交联密度的计算
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 PMOS的制备
• 3.1.1 制备机理与工艺
• 3.1.2 开环反应阶段
• 3.1.2.1 反应体系的确定与反应工艺的选择
• 3.1.2.2 反应产物的表征
• 3.1.3 醇解反应阶段
• 3.1.3.1 反应体系的确定与反应工艺的选择
• 3.1.3.2 反应产物的表征
• 3.1.4 小结
• 3.2 PMOS的固化
• 3.2.1 固化机理与工艺
• 3.2.2 固化反应的表观活化能
• 3.2.3 小结
• 3.3 PMOS的应用（一）：硅橡胶用耐热增强型室温固化交联剂
• 3.3.1 固化反应的机理与工艺
• 3.3.2 固化反应的表观活化能
• 3.4 PMOS的应用（二）：PMOS对硅橡胶耐热性能与力学性能的影响
• 3.4.1 固化产物的耐热性能
• 3.4.1.1 热失重性能
• 3.4.1.2 热降解反应的活化能
• 3.4.1.3 热降解产物的IR分析
• 3.4.1.4 热降解产物的XPS分析
• 3.4.1.5 PMOS对硅橡胶耐高温性能的提高
• 3.4.2 固化产物的力学性能
• 3.4.2.1 力学性能
• 3.4.2.2 动态力学性能
• 3.4.3 固化产物的结构
• 3.4.3.1 交联密度
• 3.4.3.2 相态结构
• 3.4.4 小结
• 3.5 PMOS的应用（三）：耐高温基体树脂
• 3.5.1 耐热性能
• 3.5.2 力学性能
• 3.5.3 其他性能
• 3.5.4 基体树脂/无机填料复合材料的性能
• 3.5.5 小结
• 3.6 PMOS衍生物（一）：侧烷氧基PMOS的合成与固化
• 3.6.1 侧乙氧基有机硅
• 3.6.2 侧异丙氧基有机硅
• 3.6.3 不同烷氧基PMOS衍生物的比较
• 3.6.4 小结
• 3.7 PMOS衍生物（二）：苯乙烯改性PMOS的合成
• 3.7.1 合成反应机理
• 3.7.2 投料比对反应的影响
• 3.7.3 温度对反应的影响
• 3.7.4 催化剂用量对反应的影响
• 3.7.5 反应时间对反应的影响
• 3.7.6 小结
• 3.8 PMOS衍生物（三）：二乙烯基苯改性PMOS的合成与性能
• 3.8.1 反应机理与工艺流程
• 3.8.2 固化反应活化能
• 3.8.3 固化产物的耐热性能与热降解反应活化能
• 3.8.4 改性有机硅/玻璃纤维复合材料的性能
• 3.8.5 小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件