有机硅树脂的分子模拟及其应用

论文摘要

分子模拟是研究聚合物结构与性能的一种新型方法，具有周期短、成本低等特点。有机硅树脂是一种交联型含硅聚合物，硅原子上连接有机基团，具有了许多不同于碳链聚合物的优良物理和化学性能。以有机硅树脂为基料制备的涂层材料在电器、电子等行业获得了广泛的应用。因此，本论文从分子模拟有机硅树脂预聚物的合成出发，首先研究了有机硅树脂交联体系的模型建立方式，同时对模型有效性进行了确认，接着采用分子动力学模拟方法预测了交联体系的玻璃化转变温度，最后在预测的玻璃化转变温度范围内在实验室合成了有机硅树脂并研究了其作为耐磨涂层的应用。主要研究结果如下：1、基于正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTEOS）两种单体，建立了有机硅树脂预聚物交联体系的分子模拟模型。由于研究对象是交联体系，可以参考的文献极少，建立合理的模型难度较大。本文采用了从单体到单链再到交联网络的方法，手动构建化学键，最终形成了一个聚合度为160的有机硅树脂预聚物交联体系并对其有效性进行了验证。2、对构建模型时非键作用力的选择和体系大小的选择做了分析，选择了合适的非键作用力和聚合度。接着对所构建的体系通过密度的变化和比体积的变化预测了其玻璃化转变温度，并分析了影响玻璃化转变温度的因素。3、参考模拟的相关参数和预测的玻璃化转变温度，由正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTEOS）进行共水解、缩聚，最终制得了有机硅涂料，该涂料对光学树脂表面的缺陷可取得较好的修复效果，同时研究了复合溶剂对涂料的涂敷和修复性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 目录
• 插图清单
• 表格清单
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 有机硅树脂
• 1.2.1 有机硅树脂简介
• 1.2.2 有机硅树脂的种类和性能
• 1.2.3 有机硅树脂的合成
• 1.2.4 有机硅树脂的应用
• 1.3 分子力学和分子动力学模拟
• 1.3.1 分子模拟简介
• 1.3.2 分子力场
• 1.3.3 分子模拟方法
• 1.4 分子动力学模拟在聚合物中的应用
• 1.5 有机硅树脂作为修复涂料的应用
• 1.6 本论文的主要思路和研究内容
• 第二章 有机硅树脂预聚物的模型建立
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法介绍
• 2.3 实验过程：有机硅树脂预聚物交联体系模型的建立
• 2.3.1 单体模型的搭建
• 2.3.2 单分子链模型的搭建
• 2.3.3 有机硅树脂预聚物交联系统的搭建
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 模型的有效性验证问题
• 2.4.2 非键作用力计算方法的选择
• 2.4.3 体系大小对模型的影响
• 2.5 本章小节
• 第三章 有机硅树脂预聚物玻璃化转变温度的分子模拟
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 分子力学优化和分子动力学模拟
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 密度的变化预测玻璃化转变温度
• 3.3.2 比体积的变化预测玻璃化转变温度
• 3.4 本章小节
• 第四章 有机硅树脂修复涂层的应用
• 4.1 前言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 原料与仪器
• 4.2.2 有机硅修复涂料的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 涂层修复受损树脂表面的原理
• 4.3.2 MTEOS 与 TEOS 制备修复涂层的反应原理
• 4.3.3 MTEOS/TEOS 的配比选择
• 4.3.4 涂料助剂的选择
• 4.3.5 涂料在光学树脂表面修复中的应用
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献：
• 硕士期间发表的论文