八聚（四甲基铵）硅酸盐的官能化研究

论文摘要

稻壳最主要的特点是硅含量高,有效地能利用稻壳来制备附加值高的硅有机化学品,不但拓宽了稻壳的应用范围,解决了非碳热法合成的原料问题,同时也解决了稻壳对环境的污染问题,必将带来巨大的经济效益和社会效益。多面体低聚倍半硅氧烷（Polyhedral oligomeric Silsesquioxanes,简称POSS）是一类结构简式为（RSiO1.5）n（简称为Tn）的硅有机化学品,属于有机-无机杂化材料。其特殊的组成结构,使其具有良好的改性及官能化效果,继之官能化的微观组成结构,又可使合成的材料具有预期的宏观性能。本文主要研究了以稻壳灰为基料制备笼型倍半硅氧烷或称八聚（四甲基铵）硅酸盐,并在此基础上对其进行官能化,制备具有不同活性或特殊基团的有机-无机杂化材料的POSS结构单元。所制备的六种官能化POSS结构单元有:八聚（四甲基铵）硅酸盐（POSS-1）、乙烯基官能化POSS-1（POSS-2）、苯乙烯-乙烯基官能化POSS-1（POSS-3）、二乙烯苯-乙烯基官能化POSS-1（POSS-4）、烯丙基缩水甘油醚-乙烯基官能化POSS-1（POSS-5）和多氟-乙烯基官能化POSS-1（POSS-6）。对所合成的六种官能化POSS结构单元的结构进行了如下的表征手段:红外光谱（FTIR）分析、核磁共振波谱（NMR）分析、质谱（UV-MALDI-TOF MS）分析、扫描电子显微镜（SEM）的表面形态分析、化学动力学（反应速率）分析、量子化学计算（体系总能量-稳定性）表征等,基本证实了合成产物组成结构的合理性。对六种官能化POSS结构单元所合成的有机-无机杂化纳米材料进行了耐热性能和力学性能的对比表征（TGA、DSC、拉伸性能等）。结果表明,二种官能化的结构单元合成的杂化材料体现了较好的热性能和力学性能,这是由于其特殊的结构和刚性苯环存在的原因。本论文的部分官能化的合成路线和表征的方法（化学动力学分析,量子化学计算表征）,可对研究有机-无机杂化材料结构与性能的相关性,提供一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和研究的意义
• 1.2 硅烷类有机-无机杂化材料的概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 稻壳灰（RHA）的制备方法
• 1.5 有机-无机杂化纳米材料的应用前景
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第2章 实验
• 2.1 实验原料与设备
• 2.2 合成实验
• 2.2.1 POSS-1 的合成
• 2.2.2 POSS-2 的官能化
• 2.2.3 POSS-3 的官能化
• 2.2.4 POSS-4 的官能化
• 2.2.5 POSS-5 的官能化
• 2.2.6 POSS-6 的官能化
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 XRD 检测
• 2.3.2 核磁共振（NMR）波谱法
• 2.3.3 红外光谱（FTIR）
• 2.3.4 差示扫描量热分析（DSC）和差示热分析（DTA）
• 2.3.5 质谱
• 2.3.6 力学性能测试
• 第3章 POSS 官能化结构单元的研究
• 3.1 引言
• 3.2 POSS-1 的制备及表征
• 3.2.1 稻壳预处理对产品质量的影响
• 3.2.3 稻壳灰（RHA）的表征
• 3.2.4 POSS-1/RHA 的结构表征
• 3.2.5 POSS-1/TEOS 的结构表征
• 3.3 POSS-2 的官能化研究
• 3.4 POSS-3 的官能化研究
• 3.5 POSS-4 的官能化研究
• 3.6 POSS-5 的官能化研究
• 3.7 POSS-6 的官能化研究
• 3.8 官能化POSS 材料的热性能研究
• 3.8.1 POSS-3 的热性能研究
• 3.8.2 POSS-4 的热性能研究
• 3.9 利用官能化POSS 改性聚甲醛
• 3.10 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢