笼型多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）-新型有机-无机杂化材料
笼型多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）-新型有机-无机杂化材料.环氧树脂作为一种具有优良粘接、绝缘、耐蚀、高强度、易加工及低收缩率等诸多优良性能的热固性树脂，为适应其在高新技术领域及工程中更为苛刻的技术要求和更广泛的应用，还必须进一步克服其缺陷，全面提升其综合性能。多年来人们在其增韧、耐热及阻燃等方面已进行了大量研究，取得了很大进展。就耐热性而言，主要集中于以下几个方面改进增大环氧树脂的官能度；引入耐热刚性基团或液晶结构；在固化剂中引入耐热刚性基团；与耐热性聚合物进行共聚或共混；在环氧树脂体系中添加无机纳米粒子及对体系添加组分的优选组合；在环氧树脂中引入Si、B等耐热杂原子等。基于有机硅化合物所具有的热稳定性好、低表面能、低温柔韧性、耐候、憎水、耐氧化、介电性质好等诸多优点，用其改性环氧树脂是近年来发展十分迅速的技术途径。它既可降低环氧树脂内应力，又可提高其耐热温度、阻燃性及韧性。其中多面体低聚倍半硅氧烷（polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS）有机-无机杂化纳米材料的出现及其对环氧树脂改性的显明效果。笼型多面体低聚倍半硅氧烷的基本结构及性能2.1 POSS的基本结构及性能POSS的合成是以倍半硅氧烷（silsesquioxane,SSO）为基础的，这是一类分子中含有RSiO1.5 结构的化合物，按其形状有无规、梯型、笼型及半笼型之分。从硅烷水解縮聚产物中分离出了低聚倍半硅氧烷，典型笼型结构POSS的合成及性能，一直为人们所关注。笼型的POSS是一种包含有机-无机杂化的核壳结构的纳米材料，其内部无机框架作为内核为Si-O-Si或Si-O键构成的六面体笼型结构，其每一只角含有一个Si原子，每一个面均由Si-O-Si八元环组成，具有很强结构对称性，其外部在每个Si原子上可带有多种有机基团伸向空间，因此较典型的分子式可描绘为(CH3SiO1.5)n ，n 通常为8，亦可为10及12等，R可为H及活性或非活性基团，如环氧基、氨基、羧基、烯基及烷基、羟基、芳基等。当R基只有一个为活性基团时，人们常习惯地称之为单功能基POSS，而全部为活性基团时则常称为多功能基 POSS ，典型的笼型POSS的结构如图1所示。POSS改性环氧纳米复合物结构示意图则如图2所示。
图1 笼型POSS结构Fig.1 Structure of cage POSS
图2 POSS改性环氧纳米复合物结构示意图Fig.2Schematic representation of POSS reinforced epoxy nanocompositePOSS的三维结构尺寸约为1~3 nm，属最小含硅粒子，几乎与许多聚合物链段的物理尺度处于相近数量级。Si原子间距约为0.5 nm，R基团间距约为1.5 nm。作为较典型的纳米尺度，它具有一般纳米粒子所共有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，而具有较强的综合性能。由于粒径小，比表面积变大，表面原子数增多，原子配位不足及较高的表面能和表面张力，而使这些原子具有较高活性，极不稳定，易与其他原子结合。当粒子尺寸与光波波长相近或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，而非晶体表面层附近原子密度将会减小，导致声、光、电磁、热力学等物理性质的出现，这是不同于普通粒子的新的小尺寸效应。纳米粒子还具有贯穿势垒能力的量子效应等等。由Si-O键构成的无机内核，其Si-O键键能为445.2 kJ/mol，比C-C键键能（350.7 kJ/mol）及C-O键键能（359.1 kJ/mol）高得多，因而欲破坏POSS内核的Si-O键需很大能量，它具有很好热稳定性。笼型POSS的框架结构可赋予其良好的介电性、光学性质及弹性、韧性。而多变的R基团的引入使POSS具有很好的反应活性及相容性。POSS的合成因涉及的反应条件及影响因素十分敏感因而较复杂。一种为通过R3SiX的水解縮聚，形成新的Si-O-Si键后，再建立笼型多面体三维骨架结构，其中R为取代基，X为Cl、OH、OR等活性基团。另一种则是在已形成固定骨架结构的SSO上，通过化学反应改变POSS不同取代基。2种方法仍存在产率、分离纯化等诸多问题。反式环己二醇异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-己二醇异丁基trans-Cyclohexanediol Isobutyl POSS缩水甘油化笼形倍半硅氧烷POSS-缩水甘油基Glycidyl POSS Cage Mixture甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷POSS-MABSMethacryl POSS Cage Mixture丙烯化笼形倍半硅氧烷POSS-丙烯Acrylo POSS Cage Mixture十二苯基化笼形倍半硅氧烷POSS-(C6H5)12DodecaPhenyl POSS异辛基化笼形倍半硅氧烷POSS-2-EHIsooctyl POSS Cage Mixture八异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-(n-butyl)8OctaIsobutyl POSS八角形笼形倍半硅氧烷POSS-(O-NMe4)8OctaTMA POSS正辛烷化笼形倍半硅氧烷POSS-(HMe2SiO)8OctaSilane POSS三硅烷异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-IUPACTriSilanolIsobutyl POSS三硅烷异辛基化笼形倍半硅氧烷POSS-异辛基TriSilanolIsooctyl POSS三硅醇苯基化笼形倍半硅氧烷POSS-三硅醇苯基TrisilanolPhenyl POSS丙烯异丁醇化笼形倍半硅氧烷POSS-丙烯酸酯AcryloIsobutyl POSS丙烯化笼形倍半硅氧烷POSS-丙烯Acrylo POSS Cage Mixture反式环己二醇异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-反式环己二醇异丁基trans-Cyclohexanediol Isobutyl POSS1,2-丙二醇异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-1,2-丙二烯1,2-PropanediolIsobutyl POSS八羟基丁基化笼形倍半硅氧烷八羟基丁基-POSSOctahydroxybutyl POSS氨基化笼形倍半硅氧烷POSS-NH2AminopropylIsobutyl POSS氨丙基异辛基化笼形倍半硅氧烷POSS-氨丙基异辛基AminopropylIsooctyl POSS氨乙基氨基丙基异丁基化笼形倍半硅氧烷Aminoethylamino propylIsobutyl POSSN-甲基氨基丙基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-N-甲基氨基丙基异丁基N-MethylaminopropylIsobutyl POSS八铵化笼形倍半硅氧烷POSS-八铵基OctaAmmonium POSSN-苯基氨基丙基化笼形倍半硅氧烷POSS-N-苯基氨基丙基马来酸异丁酯化笼形倍半硅氧烷POSS-MALMaleamic Acid-Isobutyl POSS马来酸辛酯化笼形倍半硅氧烷POSS-马来酸辛酯OctaMaleamic Acid POSS环氧环己基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-环氧环己基异丁基Epoxycyclohexyl Isobutyl POSS环氧环己基化笼形倍半硅氧烷POSS-环氧环己基Epoxycyclohexyl POSS Cage Mixture缩水甘油化笼形倍半硅氧烷POSS-缩水甘油基Glycidyl POSS Cage Mixture缩水甘油异丁酯化笼形倍半硅氧烷POSS-缩水甘油异丁酯GlycidylIsobutyl POSS缩水甘油酯化笼形倍半硅氧烷POSS-缩水甘油酯GlycidylIsooctyl POSS三缩水甘油异丁酯化笼形倍半硅氧烷POSS-三缩水甘油异丁酯TriglycidylIsobutyl POSS八缩水甘油二甲基硅基化笼形倍半硅氧烷POSS-八缩水甘油二甲基硅机缩水甘油基化笼形倍半硅氧烷POSS-机缩水甘油基纳米二氧化硅分散环氧笼形倍半硅氧烷POSS-纳米二氧化硅OctaGlycidyl dimethylsilyl POSS三氟丙基化笼形倍半硅氧烷POSS-三氟丙基Trifluoropropyl POSS Cage Mixture三氟丙基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-CF3TrifluoropropylIsobutyl POSS氯苄基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-ClChlorobenzyl Isobutyl POSS氯苄基乙基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-氯苄基乙基异丁基Chlorobenzylethyl Isobutyl POSS氯丙基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-氯丙基异丁基Chloropropyl Isobutyl POSS甲基丙烯酸异丁酯化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸异丁酯MethacryloIsobutyl POSS甲基丙烯酸异丁酯化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸异丁酯Methacrylate Isobutyl POSS甲基丙烯酸乙酯化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸乙酯Methacrylate Ethyl POSS甲基丙烯酸乙酯化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸乙酯MethacrylEthyl POSS甲基丙烯酸异辛酯化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸异辛酯Methacrylate Isooctyl POSS甲基丙烯酸异辛酯化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸异辛酯MethacrylIsooctyl POSS甲基丙烯酸化笼形倍半硅氧烷POSS-甲基丙烯酸Methacryl POSS Cage Mixture甲基丙烯酸纳米二氧化硅分散体POSS-甲基丙烯酸纳米二氧化硅十二苯基化笼形倍半硅氧烷POSS-十二苯基DodecaPhenyl POSS异辛基化笼形倍半硅氧烷POSS-异辛基Isooctyl POSS Cage Mixture苯基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-苯基异丁基PhenylIsobutyl POSS苯基异辛基化笼形倍半硅氧烷POSS-苯基异辛基PhenylIsooctyl POSS八异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-八异丁基OctaIsobutyl POSS八甲基化笼形倍半硅氧烷POSS-八甲基OctaMethyl POSS八苯基化笼形倍半硅氧烷八苯基-POSSOctaPhenyl POSS八角形笼形倍半硅氧烷八角形-POSSOctaTMA POSS八甲基硅氧基形倍半硅氧烷POSS-八甲基硅氧基OctaTrimethylsiloxy POSS1,3-双（降冰片烯乙基）-1,1,3,3，-四甲基二硅氧烷1,3-Bis(Norbornenylethyl) -1,1,3,3,-tetramethyldisiloxane降冰片烯乙基二甲基氯硅烷Norbornenylethyl dimethylchlorosilane降冰片烯乙基二硅醇异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-降冰片烯乙基二硅醇异丁基Norbornenylethyl DiSilanolIsobutyl POSS三降冰片烯基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-三降冰片烯基异丁基TrisnorbornenylIsobutyl POSS烯丙基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-烯丙基异丁基AllylIsobutyl POSS乙烯基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-乙烯基异丁基VinylIsobutyl POSS乙烯基化笼形倍半硅氧烷POSS-乙烯基Vinyl POSS Cage MixturePEG化笼形倍半硅氧烷混合物POSS-PEGPEG POSS Cage Mixture正辛烷化笼形倍半硅氧烷正辛烷-POSSOctaSilane POSS二硅醇异丁基化笼形倍半硅氧烷二硅醇异丁基-POSSDiSilanolIsobutyl POSS三硅醇乙酯化笼形倍半硅氧烷三硅醇乙酯-POSSTriSilanolEthyl POSS三硅醇异丁酯化笼形倍半硅氧烷三硅醇异丁酯-POSSTriSilanolIsobutyl POSS三硅醇异辛酯化笼形倍半硅氧烷三硅醇异辛酯-POSSTriSilanolIsooctyl POSS三硅醇苯基化笼形倍半硅氧烷三硅醇苯基-POSSTrisilanolPhenyl POSS四硅醇苯基化笼形倍半硅氧烷四硅醇苯基-POSSTetraSilanolPhenyl POSS巯基丙基异丁基化笼形倍半硅氧烷POSS-SH；巯基丙基异丁基-POSSMercaptopropyl Isobutyl POSS巯基丙基异辛基化笼形倍半硅氧烷巯基丙基异辛基-POSSMercaptopropyl Isooctyl POSS小编：wyf 11.09