一种自组装结构倍半硅氧烷及其制备方法与流程

本发明涉及自组装微纳结构技术领域，尤其涉及一种自组装结构倍半硅氧烷及其制备方法。

背景技术：

倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquixane，POSS)，是指分子结构中氧原子个数是硅原子个数的1.5倍的硅氧烷，尺寸在2-5nm之间，其经验分子式为(RSiO_1.5)_n，其中R代表氢H或者有机基团如烷基、亚烷基、芳香基、亚芳基及它们的衍生物等，从分子设计的角度看，POSS从结构上实现了有机相与无机相以共价键相结合，是一种新型有机-无机杂化材料。

纳米POSS报道的分子结构主要有以下几种：无规结构、梯形结构、笼形结构、部分笼形结构和桥形结构。纳米POSS的研究已经很多，然而对纳米POSS的自组装微纳结构研究是空白，因此本发明专利就这个方面展开研究。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种自组装结构倍半硅氧烷及其制备方法，工艺简单，易于实现工业化生产。

本发明提出的一种自组装结构倍半硅氧烷的制备方法，将倍半硅氧烷加入高分子基体中混合均匀，然后放置得到自组装结构的倍半硅氧烷。

优选地，高分子基体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁酯、聚酰胺、聚碳酸树酯、聚甲醛树酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚氨酯、聚苯乙烯、氯磺化聚乙烯、天然橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶和乙丙橡胶中的一种或两种以上组合物。

优选地，将倍半硅氧烷加入高分子基体中混合均匀的具体步骤为：将高分子基体加入混炼机中升温塑化，再加入倍半硅氧烷充分混合，接着加入硫化剂或固化剂。

优选地，放置的时间为0～5年。

优选地，倍半硅氧烷与高分子基体的重量比为1～15：100。

本发明提出的一种自组装结构倍半硅氧烷，采用上述自组装结构倍半硅氧烷的制备方法制得。

本发明采用将倍半硅氧烷加入高分子基体中混合，然后室温放置自然老化，通过倍半硅氧烷分子自身的相互作用，有趣的倍半硅氧烷自组装现象发生了，倍半硅氧烷可以有序而缓慢进行自组装得到纳米棒、十字型、纳米棒整列等多种自组装微纳结构。

附图说明

图1为本发明实施例5所得自组装结构的倍半硅氧烷的电镜扫描图。

图2为本发明实施例6所得自组装结构的倍半硅氧烷的电镜扫描图。

图3为本发明实施例7所得自组装结构的倍半硅氧烷的电镜扫描图。

图4为本发明实施例8所得自组装结构的倍半硅氧烷的电镜扫描图。

图5为本发明实施例9所得自组装结构的倍半硅氧烷的电镜扫描图。

图6为本发明实施例5-9所得自组装结构的倍半硅氧烷的X射线衍射图。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种自组装结构倍半硅氧烷的制备方法，将倍半硅氧烷加入高分子基体中混合均匀，然后放置进行自然老化得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例2

本发明提出的一种自组装结构倍半硅氧烷的制备方法，将倍半硅氧烷加入聚氨酯中混合均匀，然后放置进行自然老化得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例3

本发明提出的一种自组装结构倍半硅氧烷的制备方法，将倍半硅氧烷加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中混合均匀，然后放置进行自然老化1年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例4

本发明提出的一种自组装结构倍半硅氧烷的制备方法，将异戊橡胶加入混炼机中升温软化，再加入倍半硅氧烷充分混合，接着加入硫磺和硫化促进剂TMTM，然后放置进行自然老化4年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例5

打开开炼机，设置辊温为50℃，待机器预热完成，将天然橡胶放在开炼机上塑炼，使天然橡胶在双辊的剪切和挤压作用下软化，在塑炼时要根据天然橡胶的软硬程度及时调节辊距；待到天然橡胶软化到所需程度时，将倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡胶中，倍半硅氧烷与天然橡胶的重量比为2：100，放入开炼机中进行充分混合10分钟，加入硫磺和硫化促进剂TMTD，继续混炼10分钟，然后室温放置24h得到混炼胶；将混炼胶置于预热后的模具中，然后将含混炼胶的模具置于硫化机中，启动开关，待两板距离还有20cm时，换用电动开关，使两板慢慢合拢，抽真空，再点动合拢重复2至3次，材料压模8分钟，硫化温度为145℃，硫化压力为1.2MPa；硫化完成后，取出，室温放置进行自然老化2年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例6

打开开炼机，设置辊温为50℃，待机器预热完成，将天然橡胶放在开炼机上塑炼，使天然橡胶在双辊的剪切和挤压作用下软化，在塑炼时要根据天然橡胶的软硬程度及时调节辊距；待到天然橡胶软化到所需程度时，将倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡胶中，倍半硅氧烷与天然橡胶的重量比为4：100，放入开炼机中进行充分混合10分钟，加入硫磺和硫化促进剂TMTD，继续混炼10分钟，然后室温放置24h得到混炼胶；将混炼胶置于预热后的模具中，然后将含混炼胶的模具置于硫化机中，启动开关，待两板距离还有20cm时，换用电动开关，使两板慢慢合拢，抽真空，再点动合拢重复2至3次，材料压模8分钟，硫化温度为145℃，硫化压力为1.2MPa；硫化完成后，取出，室温放置进行自然老化2年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例7

打开开炼机，设置辊温为50℃，待机器预热完成，将天然橡胶放在开炼机上塑炼，使天然橡胶在双辊的剪切和挤压作用下软化，在塑炼时要根据天然橡胶的软硬程度及时调节辊距；待到天然橡胶软化到所需程度时，将倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡胶中，倍半硅氧烷与天然橡胶的重量比为6：100，放入开炼机中进行充分混合10分钟，加入硫磺和硫化促进剂TMTD，继续混炼10分钟，然后室温放置24h得到混炼胶；将混炼胶置于预热后的模具中，然后将含混炼胶的模具置于硫化机中，启动开关，待两板距离还有20cm时，换用电动开关，使两板慢慢合拢，抽真空，再点动合拢重复2至3次，材料压模8分钟，硫化温度为145℃，硫化压力为1.2MPa；硫化完成后，取出，室温放置进行自然老化2年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例8

打开开炼机，设置辊温为50℃，待机器预热完成，将天然橡胶放在开炼机上塑炼，使天然橡胶在双辊的剪切和挤压作用下软化，在塑炼时要根据天然橡胶的软硬程度及时调节辊距；待到天然橡胶软化到所需程度时，将倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡胶中，倍半硅氧烷与天然橡胶的重量比为8：100，放入开炼机中进行充分混合10分钟，加入硫磺和硫化促进剂TMTD，继续混炼10分钟，然后室温放置24h得到混炼胶；将混炼胶置于预热后的模具中，然后将含混炼胶的模具置于硫化机中，启动开关，待两板距离还有20cm时，换用电动开关，使两板慢慢合拢，抽真空，再点动合拢重复2至3次，材料压模8分钟，硫化温度为145℃，硫化压力为1.2MPa；硫化完成后，取出，室温放置进行自然老化2年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

实施例9

打开开炼机，设置辊温为50℃，待机器预热完成，将天然橡胶放在开炼机上塑炼，使天然橡胶在双辊的剪切和挤压作用下软化，在塑炼时要根据天然橡胶的软硬程度及时调节辊距；待到天然橡胶软化到所需程度时，将倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡胶中，倍半硅氧烷与天然橡胶的重量比为11：100，放入开炼机中进行充分混合10分钟，加入硫磺和硫化促进剂TMTD，继续混炼10分钟，然后室温放置24h得到混炼胶；将混炼胶置于预热后的模具中，然后将含混炼胶的模具置于硫化机中，启动开关，待两板距离还有20cm时，换用电动开关，使两板慢慢合拢，抽真空，再点动合拢重复2至3次，材料压模8分钟，硫化温度为145℃，硫化压力为1.2MPa；硫化完成后，取出，室温放置进行自然老化2年得到自组装结构的倍半硅氧烷。

将实施例5-9所得自组装结构的倍半硅氧烷进行电镜扫描，其结果如图1-5所示，其中图1为实施例5所得自组装结构的倍半硅氧烷，图2为实施例6所得自组装结构的倍半硅氧烷，图3为实施例7所得自组装结构的倍半硅氧烷，图4为实施例8所得自组装结构的倍半硅氧烷，图5为实施例9所得自组装结构的倍半硅氧烷。实施例5中倍半硅氧烷含量低，倍半硅氧烷呈现圆形颗粒状结晶；而实施例6-8中天然橡胶与倍半硅氧烷交联部分呈现团簇形貌，实施例9中倍半硅氧烷含量高，则明显出现了相分离，同时出现了自组装纳米棒、十字棒、纳米棒整列等结构。

由图1-5可知：随着倍半硅氧烷含量的增加，由于倍半硅氧烷在天然橡胶基体中的自组装，促使倍半硅氧烷形貌变为相对稳定的十字棒、纳米棒整列的形貌。λ

将实施例5-9所得自组装结构的倍半硅氧烷进行X射线衍射，其结果如图6所示，纯倍半硅氧烷的结晶峰在10.8°，而实施例9和实施8所得自组装结构的倍半硅氧烷的结晶峰分别在10.2°和9.87°。由布拉格方程λ＝2d sinθ可知：由于天然橡胶与倍半硅氧烷相互之间的作用，导致倍半硅氧烷团聚的晶面之间的距离变大，倍半硅氧烷纳米粒子团在进行趋向稳定的排列，使倍半硅氧烷晶面间距增大。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。