POSS杂化丙烯酸树脂的合成、应用及反应动力学研究
POSS聚合物复合材料的制备以及在尼龙中应用的研究进展
作者简介：汪华明，在读博士，主要研究方向为POSS 在高分子中的应用，高分子中结构设计与性能之间的关系。
收稿日期：2020-06-22杂化材料的研究由来已久。
杂化材料是指两种或两种以上不同材料的组合，旨在综合二者的优势特点，将二者结合，达到独特的结构与性能。
杂化材料一般由无机组分、有机组分或者两种组分的混合物组成，使这种有机/无机复合材料既具有无机材料的特点(如刚性和热稳定性)，也具有有机聚合物的优点(如柔韧性、介电系数、延展性和可加工性)[1]。
含有硅元素的无机纳米填料主要分为4类，分别是层状硅酸盐(如蒙脱石)、纤维状纳米凹凸棒石、纳米颗粒(纳米二氧化硅)和多面体低聚倍硅氧烷(POSS )[3]。
其中蒙脱石为一维纳米层状结构，凹凸棒石为二维纤维状结构，纳米二氧化硅为三维球状纳米结构，POSS 为纳米级别的六面体结构。
前三种无机纳米填料都需要经过化学改性或表面处理才能用于制备纳米复合材料[2]，而POSS 则是拥有精确的分子结构，无需进一步的表面处理就可以整合到聚合物中。
因此，POSS 更具备成为连接无机材料与有机材料纽带的潜力，吸引了大量的学术和工业领域的兴趣。
1 POSS 的简介Silsesquioxane 一般指的是化学结构为RSiO1.5的化合物，R 可以是氢或任何烷基,亚烷基、芳香基等[4]。
POSS 是具有有机-无机杂化结构的精确分子。
刚性的Si —O —Si 结构提供了独特的耐热性和优异的机械性能。
另一方面，与Si 顶点群相连的有机基团能提高POSS 与聚合物基体的相容性和加工性能[5]。
POSS 分子是倍半硅氧烷家族的一个成员，最早由Scott 于1946年在热解聚合材料过程中发现三官能有机硅单体通过水解缩合产生了POSS [6]。
至此POSS 的早期发现与探索便开始了，各种POSS 框架被陆续报道出来。
不过对于POSS 研究的热度依旧是比较小，直到20世纪90年代初，随着Frank J. Feher, Richard M. Laine, Joseph Lichtenhan 等科学家在这一领域取得了很大的进展，POSS 的发展也引起了大量的关注[7~8]。
丙烯酸树脂的合成
丙烯酸树脂的合成丙烯酸树脂是一种常见的合成树脂，广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织品等领域。
本文将介绍丙烯酸树脂的合成过程及其应用。
丙烯酸树脂的合成主要通过聚合反应实现。
聚合反应是指将单体分子连接在一起形成长链分子的过程。
丙烯酸树脂的合成主要有两种方法：自由基聚合和阴离子聚合。
自由基聚合是丙烯酸树脂合成的常用方法之一。
首先，将丙烯酸单体与引发剂混合，加热至一定温度，引发剂会分解产生自由基。
然后，自由基会与丙烯酸单体发生反应，将其连接在一起形成长链分子。
最后，加入适量的稀释剂和其他助剂，进一步调整树脂的性能。
阴离子聚合是另一种常用的丙烯酸树脂合成方法。
与自由基聚合不同，阴离子聚合需要在惰性气氛下进行。
首先，将丙烯酸单体与阴离子引发剂混合，通过加热或紫外线照射等方式，引发剂会产生阴离子。
然后，阴离子会与丙烯酸单体发生反应，形成长链分子。
最后，加入适量的稀释剂和其他助剂，调整树脂的性能。
丙烯酸树脂具有许多优良的性能，因此在众多领域中得到了广泛的应用。
在涂料领域，丙烯酸树脂作为主要成膜物质，能够形成坚韧、耐候、耐化学品侵蚀的涂层。
丙烯酸树脂涂料不仅具有良好的附着力和耐久性，还具有优异的耐光性和耐热性。
在胶粘剂领域，丙烯酸树脂能够形成高强度的胶接，具有优异的粘合性能。
丙烯酸树脂胶粘剂可用于各种材料的粘接，如金属、塑料、橡胶等，具有广泛的应用前景。
在纺织品领域，丙烯酸树脂可用于纺织品的加工和改性。
丙烯酸树脂能够提高纺织品的抗皱性、耐洗性和耐磨性，使其具有更好的性能和使用寿命。
丙烯酸树脂是一种重要的合成树脂，具有广泛的应用前景。
通过自由基聚合和阴离子聚合等方法，可以合成出具有优异性能的丙烯酸树脂。
在涂料、胶粘剂、纺织品等领域中，丙烯酸树脂能够发挥其独特的优势，满足人们对材料性能的要求，推动相关产业的发展。
丙烯酸树脂的合成与表征
丙烯酸树脂的合成与表征一、丙烯酸树脂合成丙烯酸树脂是以丙烯酸为主要原料，通过聚合反应生成的聚合物。
其合成过程包括以下步骤：1.1 原料准备合成丙烯酸树脂所需的原料包括丙烯酸、引发剂、链转移剂、溶剂等。
其中，丙烯酸是主要原料，其纯度和用量对树脂的性能有重要影响。
引发剂和链转移剂的种类和用量则会影响聚合反应的速度和树脂的分子量。
1.2 聚合反应条件聚合反应的条件对丙烯酸树脂的性能也有重要影响。
反应温度、压力、时间等条件都会影响聚合反应的进行和树脂的性能。
因此，在合成过程中需要对这些条件进行精确控制。
1.3 树脂分子量控制丙烯酸树脂的分子量是影响其性能的重要因素之一。
为了获得理想的性能，需要通过控制引发剂、链转移剂的用量以及反应温度等条件来控制树脂的分子量。
1.4 功能性侧链引入为了赋予丙烯酸树脂特定的功能，如水溶性、离子交换性等，需要在合成过程中引入功能性侧链。
这可以通过在聚合反应中加入带有特定功能的单体来实现。
二、丙烯酸树脂表征为了了解丙烯酸树脂的结构和性能，需要进行一系列的表征实验，包括以下方面：2.1 红外光谱分析红外光谱分析可以用于研究丙烯酸树脂中的化学键结构和官能团，从而了解其化学组成和结构信息。
2.2 核磁共振氢谱核磁共振氢谱可以用于研究丙烯酸树脂分子中氢原子的分布和化学环境，进一步了解其分子结构和动力学行为。
2.3 热重分析热重分析可以用于研究丙烯酸树脂的热稳定性和热分解行为，为其应用提供热性能方面的参考。
2.4 分子量测定通过测量丙烯酸树脂的分子量，可以了解其分子大小和分布情况，进一步评估其性能和应用范围。
常用的分子量测定方法包括凝胶渗透色谱法和光散射法等。
2.5 力学性能测试力学性能测试可以评估丙烯酸树脂的强度、硬度、韧性等机械性质，为其在复合材料、涂层等领域的应用提供依据。
常见的力学性能测试包括拉伸强度测试、弯曲强度测试、冲击强度测试等。
2.6 溶解性试验溶解性试验可以研究丙烯酸树脂在不同溶剂中的溶解性能，为其在实际生产和应用中的溶解和分散提供指导。
丙烯酸树脂的合成及其应用
丙烯酸树脂的合成及应用以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯以及苯乙烯（St）等乙烯基单体为主要原料合成的共聚物称为丙烯酸酯树脂（简称AR）。
该类树脂具有色浅、保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污染等特点，已广泛应用于汽车、飞机、机械电子、家具、建筑、皮革、木材、造纸、印染、工业塑料及日用品涂饰等领域。
其主要类型有溶剂型AR、水性AR、高固体组分AR和粉末型AR等。
通过选用不同的树脂结构、不同的配方、生产工艺及溶剂组成，可合成不同类型、不同性能和不同应用领域的丙烯酸树脂，丙烯酸树脂根据结构和成膜机理的差异又可分为热塑性丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂。
热塑性丙烯酸树脂在成膜过程中不发生进一步交联,因此它的相对分子量较大，具有良好的保光保色性、耐水耐化学性、干燥快、施工方便，易于施工重涂和返工,制备铝粉漆时铝粉的白度、定位性好。
热塑性丙烯酸树脂在汽车、电器、机械、建筑等领域应用广泛。
热固性丙烯酸树脂是指在树脂结构中带有一定的官能团,在制漆时通过加入的氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯等树脂中的官能团反应形成网状结构,热固性树脂一般相对分子量较低。
热固性丙烯酸涂料有优异的丰满度、光泽、硬度、耐溶剂性、耐侯性、在高温烘烤时不变色、不返黄.最重要的应用是和氨基树脂配合制成氨基—丙烯酸烤漆，目前在汽车、摩托车、自行车、卷钢等产品上应用十分广泛. 1．水溶性丙烯酸树脂随着人类对环境及健康的日益重视，水性涂料已获得了愈来愈广泛的应用。
国内工业涂料的水性化水平和工业发达国家相比存在着很大差距。
水性涂料面临的主要难题是在成本可接受的前提下如何提高产品的性能，使之达到与溶剂型漆相同或接近的水平，并进一步降低VOCs的排放量。
水性涂料代表着低污染涂料发展的主要方向。
为了不断改善其性能，扩大其应用范围，近半个世纪以来国内外对水性涂料进行了大量的研究。
水性丙烯酸酯树脂涂料在近几十年内得以迅速发展，除了它具有水性涂料的优缺点外,还与丙烯酸酯单体的结构有密切的关系。
POSS的合成及其在传统聚合物改性中的研究进展
中，一种较为常见的影响因素就是目前随着我国城市化的进展以及城市人口不断增加，整体社会上对于燃气输配管网的要求的越来越大，导致了管理范围也在爆炸式增长。
管理范围增长所带来的最直接问题就是管控的工作量越来越大，因为当管理范围扩大之后，所涉及到用户数量、管道数量等都呈现出极快的增长。
并且随之而来的也是十分频繁的故障、新建、维护、换代工作，这些都是在经济发展的状况之下所不可避免的[2]。
因此由于管理范围不断的扩大，也需要在管网管理上作出相应的应对措施，不断通过提升技术的方式提升管网管理所能够承载的工作量，基于目前的基础进行继续的发展，随后也要不断保证其工作管理的质量问题。
2.2设备数量及增速方面管网管理工作是需要具有硬件支撑的，只有把握硬件的数量和质量才能够应对目前的问题。
如同上文提及的有关各种城市化问题，随之而来的不仅仅是范围变大，还有各种管网设备的压力，因此管网设备数量不断提升也成为应对这一现象的最主要手段。
在科技发展的势态之下，新型的管网设备也在不断研制之中，在研制新型设备过程当中不仅需要保障其研制的速度，还需要能够确保承受各种工作压力的能力，以及不断通过降低设备生产成本的方式为整体城市的燃气输配管网管理工作节约成本，以求能够实现更大的经济效益[3]。
2.3管理技术方面传统的管理技术已经不能够适应日新月异的现代社会，在现代社会之中管理技术需要随着设备技术、用户需求以及经济发展的变化不断实现自我提升。
一般来说利用人工进行记忆已经不能够适应越来越庞杂的信息以及对效率要求越来越高的工作岗位，所以在日后的研制发展过程当中可以适当将工作研究重心放在能够在一定程度上代替人力的智能化管理技术方面，节约人力成本。
例如在进行决策过程当中，可以尝试利用智能技术进行优先规划，再由人进行选择，在众多方案之中寻求最优，保障能够合理、高效地开展各项工作，成为促进整体城市经济发展的重要手段之一。
3结语总的来说在进行城市燃气输配管网系统建设的过程当中，必须结合创新的理念以及技术，积极应用GIS技术作为辅助，发挥其具体的功能，实现了从科学理念到技术实践的有效结合。
官能化POSS的合成及POSSPMMA杂化材料的制备与性能研究
官能化POSS的合成及POSS/PMMA杂化材料的制备与性能研究POSS具有有机/无机特性,内部Si-O-Si核具有良好的耐热稳定性,将POSS应用于聚合物中,当反应温度升高时不会破坏POSS的分子结构,使得聚合物材料性能得到改善。
但POSS制备过程中影响因素众多,分离提纯困难,使得其应用成本较高,在一定程度上限制了它的发展。
PMMA外观透明、无毒无害,在很多场合有着广泛的应用,但由于稳定性差、耐高温性能不佳,一定程度上限制了其在高精尖领域的应用。
本文首先制得两种官能化POSS,对影响POSS合成的各因素进行讨论,优化了合成工艺;将两种POSS与MMA进行聚合,制备得到POSS/PMMA杂化材料,,改善了PMMA耐热稳定性差、玻璃化转变温度低的缺陷,讨论了POSS添加量对杂化材料各项性能的影响。
本论文的具体研究内容和结果如下所示:（1）以KH570为原料,盐酸为催化剂,无水乙醇为介质,当反应温度为38℃、反应时间为48h,原料质量百分数占总质量20%,水的用量占原料用量20%时制得T<sub>8</sub><sup>MA</sup>-POSS,外观呈透明淡黄色的粘稠液体,体系能够稳定存在,水解产率达到最大值30%,通过FT-IR、<sup>1</sup>H-NMR、<sup>29</sup>Si-NMR等表征手段证实T<sub>8</sub><sup>MA</sup>-POSS的结构与设计的一致。
（2）MMA 聚合反应中,AIBN用量为0.1%、聚合温度为75<sup>8</sup>0℃,所得PMMA外观透明、分子量大且分布均匀;X-射线衍射（XRD）分析表明T<sub>8</sub><sup>MA</sup>-POSS-co-PMMA杂化材料出现一个宽的衍射峰,表现为无定型结构,PMMA的衍射角为14.4°,当POSS含量为10%时衍射角增加到16.4°;玻璃化转变温度（DSC）测定结果表明,PMMA玻璃化转变温度为91.73℃,POSS的引入提高了材料的玻璃化转变点,当T<sub>8</sub><sup>MA</sup>-POSS的添加量为10%时,玻璃化转变温度提高到120.83℃,与PMMA相比提高了29.1℃;耐热稳定性分析表明PMMA起始分解温度为179.85℃,POSS的引入提高了杂化材料的耐热稳定性,当POSS添加量为10%时分解温度提高到208.29℃,提高了28.44℃,终止分解温度由PMMA的401.77℃提高到461.27℃,提高59.5℃;PMMA的透光性可以达到92%,T<sub>8</sub><sup>MA</sup>-POSS的添加对其透光性的影响比较小,当添加量为10%时,透光性为85%。
POSS丙烯酸酯复合材料的合成及在疏水中的应用研究进展
涂层与防护第40卷第2期2019年2月Vol.40No.2Feb.2019COATING AND PROTECTIONPOSS/丙烯酸酯复合材料的合成及在疏水中的应用研究进展张晓辰，范金福，李少香（青岛科技大学，环境与安全工程学院，山东青岛266042）摘要：多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)由于其纳米级有机-无机结构，且纳米级别的无机核被有机官能团包围，使其成为构建纳米杂化材料和纳米复合材料的理想结构，引起了广泛的关注。
本文综述了POSS 用于增强疏水性能的丙烯酸酯聚合物复合材料的最新进展，重点介绍了POSS 作为疏水单元，采用物理或共聚的方法与丙烯酸酯复合，合成不同结构的POSS/丙烯酸酯复合材料，以满足所需的疏水要求。
POSS/丙烯酸酯复合材料具有良好的疏水性能，同时具有优异的物理性能。
关键词：POSS ；丙烯酸酯聚合物；复合材料；疏水性中图分类号：TQ630文献标识码：A文章编号：1672-2418(2019)02-0030-09Zhang Xiaochen,Liu Meng,Fan Jinfu,Li Shaoxiang(Qingdao University of Science and Technology,College of Environment and Safety Engineering,Qingdao,Shandong 266042,China )Abstract:Polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS)is silsesquioxane molecule with nano -scaled organic /inorganic hybrid structure and its nano -sized inorganic nucleus is surrounded by organic functional groups,which is regarded as an ideal structure for the construction of nano-hybrid materials and nanocomposites,and has attracted much attention.In this article,a review is presented of the recent development concerning the use of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS)for designing acrylate polymer composites endowed with enhanced hydrophobicity.Emphasis is placed on the introduction of POSS as a hydrophobic unit.POSS/acrylate composites with different structures were synthesized by physical or copolymerization to provide the required hydrophobicity.POSS/acrylate composites showed a great potential to provide materials characterized by improved hydrophobicity together with superior physical properties.Keywords ：POSS;acrylate polymer;composite;hydrophobicity0引言多面体低聚倍半硅氧烷（POSS ）是一种独特的笼状三维纳米结构，由硅和氧原子组成，可认为是尽可能小的二氧化硅分子，通式为(RSiO 1.5)n 。
POSS的研究进展及其在改性发光材料中的应用
Feng-Chih Chang课题组合成的另一电致发光材料
POSS的加入提高了量子产率、溶解性和热 稳定性；以此作为掺杂剂与MEH-PPV混合， 发光效率可以提高1.45倍。 POSS在发光材料中的应用主要表现在可以 抑制聚合物分子链间的聚集、交联以及热 氧化反应；提高聚合物材料的溶解性和热 稳定性
三、POSS在改性聚合物材料方面的应用
聚合物经POSS改性后，其玻璃化转变温度、分 解温度、强度和模量均有很大的提高。POSS的 加入给传统聚合物带来的变化主要有以下几个 方面：一是增强阻燃性，二是提高使用温度， 三是提高力学性能，四是减轻质量，五是降低 介电常数，六是提高材料的气体透过率，七是 改变材料的表面润湿性能，八是提高耐氧化性。
POSS的研究进展及其在改性发 光材料的应用
王先锋
1129063
目录
POSS的定义、结构及结构特征 POSS的合成 POSS在改性聚合物材料方面的应用
POSS在改性发光材料方面的应用
国内研究较多的是：
南京理工大学杨绪杰、浙江大学的冯连芳、东华大学的徐洪耀、
合肥工业大学的王文平、大连海事大学廖明义、西北工业大学的 张秋禹。南京大学的贾绪东在低介电常数应用上研究较多；国立 交通大学的Feng-Chih Chang课题组在POSS改性发光材料领域研究 较多。北京化工大学的李齐方在电致发光材料的应用；中国科学 技术大学在阻燃上应用研究较多。
硅氧无机核心赋予POSS的温度时，POSS的分子结构
保持不变；当高温使其表面的有机分子氧化时，POSS
因对氧稳定而能固定住被氧化的有机分子，形成一层耐
火层并提供结构支撑。
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POSS杂化丙烯酸树脂的合成、应用及反应动力学研究
POSS杂化丙烯酸树脂的合成、应用及反应动力学研究摘要：
POSS（聚苯基硅氧烷）是一种新型的功能性无机有机杂化材料，具有良好的热稳定性、低毒性和多功能性等特点。
本文综述了POSS杂化丙烯酸树脂的合成方法、应用领域以及反应动力学
研究的进展。
对于POSS杂化丙烯酸树脂的合成，探讨了常见
的化学反应方法以及无机有机杂化技术。
在应用方面，着重介绍了POSS杂化丙烯酸树脂在涂料、胶粘剂、高分子陶瓷等领
域的应用。
最后，对于POSS杂化丙烯酸树脂的反应动力学研
究进行了总结和展望，并提出了未来的发展方向。
关键词：POSS杂化丙烯酸树脂；合成方法；应用领域；
反应动力学研究
1. 引言
聚苯基硅氧烷（POSS）是一类将有机分子基团与无机硅氧烷基团有效结合的功能性无机有机杂化材料。
POSS具有独特的结
构和性质，广泛用于材料科学、化学工程、生物医学等领域。
本文将重点介绍POSS杂化丙烯酸树脂的合成方法、应用领域
以及反应动力学研究的进展。
2. POSS杂化丙烯酸树脂的合成方法
POSS杂化丙烯酸树脂的合成方法较多，常见的有化学反应方
法和无机有机杂化技术。
2.1 化学反应方法
化学反应方法利用丙烯酸与POSS分子之间的化学反应，实现POSS与丙烯酸树脂的杂化。
例如，可以利用丙烯酸与POSS分
子的缩合反应，将POSS分子引入丙烯酸树脂的聚合链中。
此
外，还可以利用烯丙胺与POSS分子的反应，使POSS与丙烯酸树脂发生共价键连接。
2.2 无机有机杂化技术
无机有机杂化技术通过在丙烯酸树脂中引入POSS前驱物，实
现POSS与丙烯酸树脂的相容性增强。
例如，可以利用溶液共混、原位聚合或自组装等技术，将POSS分子均匀分散在丙烯
酸树脂基体中，形成均相的POSS杂化丙烯酸树脂。
3. POSS杂化丙烯酸树脂的应用领域
由于POSS杂化丙烯酸树脂具有优异的性能，可应用于多个领域。
3.1 涂料领域
POSS杂化丙烯酸树脂可以用作涂料中的增塑剂和改性剂。
通
过引入POSS分子，可以提高涂料的抗划伤性能和耐磨损性能，同时还可以提高涂层的硬度和耐候性。
3.2 胶粘剂领域
POSS杂化丙烯酸树脂在胶粘剂领域具有良好的黏附性和强度。
将POSS引入丙烯酸树脂中，可以增强胶粘剂的黏附性，提高
胶粘剂的强度和耐热性，改善胶粘剂的抗湿性和耐化学性。
3.3 高分子陶瓷领域
POSS杂化丙烯酸树脂在高分子陶瓷领域具有广泛的应用前景。
POSS分子的引入可以提高高分子陶瓷的热稳定性、机械性能
和耐磨性。
此外，POSS杂化丙烯酸树脂还可以改善高分子陶
瓷的导热性能和电性能。
4. POSS杂化丙烯酸树脂的反应动力学研究
POSS杂化丙烯酸树脂的反应动力学研究对于探究其合成机理、优化合成条件和提高反应效率具有重要意义。
目前的研究主要集中在反应速率常数的测定和反应机理的探索上。
未来的研究
可以进一步深入理解POSS杂化丙烯酸树脂的反应动力学行为，并开展系统性的反应动力学研究，为POSS杂化丙烯酸树脂的
合成和应用提供更加可靠的理论依据。
5. 结论与展望
POSS杂化丙烯酸树脂是一种具有广泛应用前景的新型杂化材料。
本文综述了POSS杂化丙烯酸树脂的合成方法、应用领域
以及反应动力学研究的进展。
通过对POSS杂化丙烯酸树脂的
研究，可以为其合成与应用提供科学的理论支撑，并为其在材料科学和化学工程领域的发展提供新的思路和方法。
未来的研究应加强对POSS杂化丙烯酸树脂的应用领域和反应动力学研
究的深入探索，推动POSS杂化丙烯酸树脂材料的发展与应用
综合来看，POSS杂化丙烯酸树脂在高分子陶瓷领域具有
广泛的应用前景。
其引入可以提高高分子陶瓷的热稳定性、机械性能和耐磨性，并改善导热性能和电性能。
此外，POSS杂
化丙烯酸树脂的反应动力学研究对于合成机理的探究、合成条件的优化和反应效率的提高具有重要意义。
通过深入研究POSS杂化丙烯酸树脂的应用领域和反应动力学行为，可以为
其合成与应用提供科学的理论支撑，并为材料科学和化学工程领域的发展提供新的思路和方法。
因此，未来的研究应加强对POSS杂化丙烯酸树脂的深入探索，推动其材料的发展与应用。