乳液聚合法制备POSS-PS纳米复合材料（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）乳液聚合法制备POSS/PS纳米复合材料王翔,董丽杰,刘景涛,刘利萍,熊传溪武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070关键词:多面体低聚倍半硅氧烷,聚苯乙烯,乳液聚合,纳米复合材料近年来,聚合物基纳米复合材料的研究引起了人们的极大兴趣[1,2]。多面体低聚倍半硅氧烷(POSS[3]是一类具有笼状结构的新型有机-无机纳米杂化材料,无机框架由Si-O-Si或Si-O键组成,硅上可带有多种反应性或非反应性的有机取代基团,如羟基、烷氧基、乙烯基、环氧烷、酯基、烷基、环烷基或降冰片基。POSS由于具有特殊的结构,可以通过共混、共聚以及接枝等方法引入到聚合物基体中,大大地改善了聚合物的性能,如提高使用温度,降低介电常数,增强阻燃性能。然而,人们目前研究较多的是引入单官能团POSS而形成的线形或支链形聚合物体系[4~8],对引入多官能团POSS而形成的具有网络结构的聚合物体系研究地较少[9]。我们以八乙烯基倍半硅氧烷和苯乙烯为单体,过硫酸钾(KPS为引发剂,十二烷基磺酸钠(SDS为乳化剂,采用乳液聚合方法制备了具有网络结构的POSS/PS纳米复合材料(如图1,通过XRD、FT-IR、DSL、SEM等测试手段对复合材料的结构和形态进行了表征,并采用DSC研究了POSS含量对复合材料的热性能的影响。OOSiO+KPS、SDS80℃,6h=OOOO=CH2nFigure1.FormationofPOSS/PSnanocompositesviaemulsionpolymerization通过对POSS、PS及含有0.6wt%、1wt%、3wt%POSS的复合材料的X射线衍射谱图分析,可以发现,POSS分子高度结晶,在2θ=9.7°处有一个非常尖锐的衍射峰。PS及其复合材料在2θ=19.2°处出现一宽峰,这一宽峰为聚苯乙烯的无定形衍射峰。随着POSS含量的增加,复合材料的谱线基本上是和纯聚苯乙烯的谱线一致的,这说明POSS与苯乙烯共聚而分子级分散于聚苯乙烯基体中。为了进一步证实复合材料中POSS的存在,我们对POSS、PS及POSS/PS纳米复合材料的红外光谱图进行了分析。与PS相比,POSS/PS纳米复合材料在1120cm-1处出现了吸收峰,这是POSS分子中的Si-O-Si键的伸缩振动峰,证明了POSS已接枝到聚苯乙烯分子链中。Figure2.ParticlesizedistributionofPOSS/PSnanocomposites图2是复合粒子的粒径分布图。由此可见,复合粒子单分散性好(PDI=0.070,粒径分布均匀,主要分布在30nm~80nm之间,平均粒径为53.2nm。Figure3.SEMimageofPOSS/PSnanocomposites图3是复合粒子的扫描电镜照片。复合粒子呈均匀、光滑的球形,粒子的大小约50nm。Figure4.DSCcurvesofPSandPOSS/PSnanocomposites图4为POSS/PS复合材料在不同POSS用量下的DSC曲线。由此可知,用同样方法制备的纯聚苯乙烯的玻璃化转变温度为82.5℃。当POSS加入后,复合材料的玻璃化转变温度显著提高,达到了98.3℃(此时POSS含量为3%。这是由于POSS因其特殊的结构,有着相当大的体积,通过共价键与聚合物形成网络结构后,抑制了分子链的运动,使复合材料的玻璃化转变温度有了明显的提高。此外,随着POSS含量的增加,玻璃化转变温度也逐步提高。这是因为POSS分子在网络结构中起着交联点的作用,当POSS含量逐渐增加,交联点也增多,使Tg升高。我们采用乳液聚合方法制备了粒径均一、形态规则、性能优异的POSS/PS纳米复合材料。POSS分子的引入显著提高了复合材料的玻璃化转变温度,改善了复合材料的热性能,并且随着POSS含量的增加,Tg逐渐提高。参考文献:[1]RuiliLiu,YifengShi,YingWan,etal.,J.Am.Chem.Soc.,2006,128(35:11652[2]LiqiangCui,NareshH.Tarte,SeongIhlWoo,Macromolecules,2021,41(12:4268[3]ScottD.W.,J.Am.Chem.Soc.,1946,68(3:356[4]JosephD.Lichtenhan,YoshikoA.Otonari,MichaelJ.Carr.,Macromolecules,1995,28(24:8435[5]TimothyS.Haddad,JosephD.,Macromolecules,1996,29(22:730