Page 71 - 《精细化工》2020年第11期
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第 11 期                   孙思薇,等:  笼型倍半硅氧烷的功能化改性及应用研究进展                                   ·2217·


                        [5]
            年,BROWN 系统研究了 POSS 的合成原理和中间                        子的配位改性。
            产物,为 POSS 的衍生化提供了初步思路。到 20 世                       2.1   官能团改性
                                 [6]
            纪 90 年代,FEHER 等 合成出多种端基的 POSS,                         POSS 分子的官能团改性是最基础的改性方法。
            为其功能化奠定了基础。近年来,通过多种化学方                             通过在 POSS 分子端基引入活性反应基团,可增加
            式对 POSS 进行改性赋予其更多功能特性,且功能                          POSS 的反应活性和有机体相容性,或直接接枝功能
            化改性的 POSS 更是已应用于复合树脂               [7-8] 、齿骨组      基团使得 POSS 分子具有刺激响应           [16] 、特异性识别   [17] 、
              [9]
            织 、柔性显示器         [10] 、荧光探针  [11] 、色谱柱  [12] 、超    超疏水   [13] 等特殊功能。常见 POSS 的端基 R 主要为
            疏水  [13] 等领域。                                      氢原子、烷基、苯基、烯基、氨基和羟基,可通过
                 POSS 分子的三维立体结构含有大量有机端基,                       加成反应、取代反应、氧化还原反应、偶联反应、
            对其进行改性,可增加其分子的反应活性,提高其                             点击化学等反应方式在 POSS 分子笼型框架的顶点
            笼型刚性结构与有机体的相容性,赋予其更多功能                             上引入不同的有机基团,如巯基、卤原子、环氧基、
            特性,进一步拓宽其应用领域,对研究 POSS 材料                          苯胺基、炔基、异氰酸酯基等             [7,14,18] 。根据改性方式
            至关重要。本文重点阐述了 POSS 的官能团改性、                          和反应程度的不同,可进行单官能团改性或多官能
            聚合改性和配位改性 3 种改性方法。并依据 POSS                         团改性。除此之外,通过顶角盖帽法可以直接合成
            的性能特点,对 POSS 在耐热、阻燃、增强和多孔                          含有特定单官能团的 POSS。图 2 中列举了 POSS 的
            材料等方面的应用研究进展进行了综述。最后,对                             部分端基结构。

            其今后的研究趋势进行了展望。

            1  POSS 的结构及性能

                 倍半硅氧烷的分子式为(RSiO 3/2 ) n ,其中 n 为
            偶数时,这类化合物会形成典型的多面低聚倍半硅
            氧烷,亦称作 POSS。图 1 为 n 等于 8、10 和 12 时
            所形成的 POSS 分子,分别记为八聚倍半硅氧烷
            (T 8 )、十聚倍半硅氧烷(T 10 )和十二聚倍半硅氧
            烷(T 12 ),可通过水解缩聚法、顶角盖帽法、官能
            团衍生法等方法合成          [1,14] 。POSS 属于纳米尺度的二
            氧化硅/硅氧烷杂化物,分子呈笼型结构,分子尺寸
            通常为 1~3 nm,由 Si—O 形成无机框架核心,外围
            由有机基团所包围,分子中的 R 可以为氢原子、烷
            基、烯基、氨基、羟基等基团              [15] 。该化合物具有优
            异的反应活性、耐热阻燃性、多孔性和纳米尺寸效
            应。其中,T 8 是 POSS 中最先发展和应用研究最多
            的一种,文中亦多以 T 8 为例进行介绍。











                      图 1  POSS 的常见结构示意图       [14]
                   Fig. 1    Structures of the common POSS [14]


            2  POSS 的改性


                 目前,POSS 的改性方法主要有 POSS 官能团改                            图 2  POSS 的部分端基结构示意图
            性、以 POSS 为单体的聚合改性和 POSS 与金属原                        Fig. 2    Partial terminal groups structure diagrams of POSS
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