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笼型寡聚倍半硅氧烷(POSS)是一类独特的有机无机杂化分子,其分子尺寸约为1～3nm。POSS内部的硅氧骨架提供了强度,而外层的有机官能团提供了良好的聚合物相容性。具有反应活性的POSS能够以化学键合的方式引入聚合物中,从而提高聚合物的力学、热学性能,但产率较低。探索高产率、具有反应活性的POSS的制备及其在聚合物中的应用具有重要的意义。(1)本论文以苯胺甲基三乙氧基硅烷(ND42)为原料,通过单体的水解缩合制备苯胺甲基POSS,产品产率约为64%。核磁共振(NMR)、凝胶色谱(GPC)和基质辅助激光电离时间飞行质谱(MALDI-TOF MS)等测试表明,主产物为T1o和T12结构。量化计算表明单体在甲醇溶剂中、盐酸催化条件下更有利于生成具有Dsh对称性的T1o构型和具有D2d对称性的T12构型的产物。(2)进一步利用所制备的苯胺甲基POSS作为纳米交联剂,与聚氨酯预聚物进行反应,制备出一系列具有不同POSS含量的POSS/PU复合物。POSS显示出与聚氨酯良好的相容性,即使POSS含量达到52wt%,复合物并未发生明显的宏观相分离。高分辨透射电镜表明POSS以5-10nm的尺寸分散在聚氨酯基体中。反射红外和固体碳核磁测试表明POSS与聚氨酯预聚物发生了反应,且反应程度较高。DMA测试表明复合物的玻璃化转变温度(T。)和储存模量随着POSS含量的增加而增加。26wt%为POSS/PU复合物形成永久网络的临界值,当POSS含量超过26wt%时,体系将形成永久网络结构。力学拉伸测试表明复合物的杨氏模量在室温情况下和在各自样品的Tg以上35K情况下均随着POSS含量的增加而增加。TGA测试表明POSS/PU复合物的热学性能也随着POSS含量的增加而增加。POSS/PU复合物力学性能和热学性能的增加是因为POSS作为纳米交联剂引入聚氨酯中,提高了体系的交联密度,从而限制了PU链的运动。(3)利用流变学研究了苯胺甲基POSS/PU体系的凝胶过程以及固化后复合物在平衡态的粘弹性。体系的凝胶时间随着固化温度升高而缩短,凝胶点的松弛指数约为0.7。在60℃下,POSS/PU复合物形成凝胶网络的临界浓度约为2.5wt%。通过研究复合物在不同温度下的粘弹性来研究POSS/PU体系的物理凝胶和化学凝胶行为。当体系内只存在化学交联时,POSS/PU复合物平衡态下的模量可以按照POSS浓度-频率等效原则来平移得到一条主曲线,这说明了不同POSS含量的POSS/PU复合物网络结构的自相似性。(4)利用乳液法合成了类POSS结构的苯胺甲基纳米微球(NPAM-silica)。通过核磁,MALDI-TOF MS等表征证明了产物的主要结构为完全闭环的T型结构和少部分不完全水解缩合的结构。进而将NPAM-silica作为纳米交联剂引入聚氨酯制备NPAM-silica/PU复合物。红外和固体碳核磁测试表明NPAM-silica与PU发生了反应且反应程度较高。TEM和AFM显示出NPAM-silica与PU良好的相容性。DMA结果表明随着NPAM-silica含量的增加,复合物的Tg和低温下的储存模量逐渐增加,而在高温下的储存模量先增加后减小。力学拉伸测试表明材料的杨氏模量在室温条件下和在Tg以上35K条件下均随着NPAM-silica含量的增加而增加。有意思的是,在纳米交联剂含量相同时,NPAM-silica/PU的橡胶模量比POSS/PU复合物的要高。TEM和小角X射线衍射表明,NPAM-silica比POSS在PU中的分散显得更为均匀。这种新型低成本、高效环保的NPAM-silica比苯胺甲基POSS在工业应用上更具优势。