紫外光固化含硼氮六环的硅硼氮碳烷陶瓷单源先驱体的合成、表征及性能研究

以氯甲基三氯硅烷、三氯化硼和六甲基二硅氮烷为原料经过一步法合成出一种新型的端基为Si-Cl 基团的含硼氮六环的硼硅氮碳烷单体: B,B',B"-三[(三氯硅基)-亚甲基]环硼氮烷(TSMB), 用2-羟基丙烯酸乙酯和乙烯基乙二醇醚对TSMB 进行功能化改性, 得到可UV 固化的陶瓷单源先驱体a-TSMB 和e-TSMB; a-TSMB 和e-TSMB 经UV 固化、1400℃下裂解2 h 最后制备出陶瓷材料C1 和C2. 采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱(NMR)、等温差示光量热分析(DPC)、实时红外光谱(RT-IR)、热失重分析(TGA)、X 射线光电子能谱(XPS)和X 射线衍射法(XRD)分别对TSMB, e-TSMB 和a-TSMB 以及陶瓷C1 和C2 的结构、组成、UV 反应性、陶瓷产率和耐高温性能进行了研究. 结果表明: a-TSMB 和e-TSMB 两种陶瓷单源先驱体分子中含有硼氮六环结构, 分子末端为丙烯酸酯或乙烯基醚官能团, 与理论设计完全相符; a-TSMB 和e-TSMB 的光聚合反应在25 s 内分别完成82%和67%, 最终双键转化率可达到90.0%和74.0%, 其陶瓷产率在1300 ℃时为57.9%和48.5%; 陶瓷材料C1 和C2 中含有Si, B, C, N, O 五种元素, 且B 元素的含量达到4.4%和4.9%, 达到耐高温陶瓷对B 元素含量的要求, 在1400 ℃时陶瓷C1 和C2 均可保持非晶态具有优异的耐高温性能.     

一种以聚酰亚胺为主链的分子刷合成及表征

以自制的侧基含溴的聚酰亚胺为大分子引发剂,2,2'-联吡啶/氯化亚铜为催化体系,通过原子转移自由基聚合(ATRP)反应,引发甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)和甲基丙烯酸2-(三甲基硅氧基)乙酯(HEMA-tms)共聚,制备了以聚酰亚胺为主链的分子刷,聚酰亚胺-接枝-聚(甲基丙烯酸三氟乙酯-共-甲基丙烯酸2-(三甲基硅氧基)乙酯),(PI-g-P(TFEMA-co-HEMA-tms)).对其中甲基丙烯酸2-(三甲基硅氧基)乙酯进行水解得到侧链含羟基的聚酰亚胺分子刷(PI-g-P(TFEMA-co-HEMA)),最后通过羟基与氯磷酸二乙酯反应,得到含亚磷酸酯基团的聚酰亚胺分子刷(PI-g-P(TFEMA-co-HEMA-P)).利用核磁共振氢谱(1H-NMR)、红外等方法,表征了所合成分子刷的结构.利用示差扫描量热法(DSC)、热失重分析(TGA)研究了聚合物分子刷的热性能.根据TGA计算出的分子刷组成与1H-NMR计算结果能较好的吻合.     

光/潮气双重固化聚氨酯涂层的制备及性能研究

以甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和二乙醇胺(DEOA)为原料一步法合成了超支化聚氨酯,对其改性制备了光固化超支化聚氨酯丙烯酸酯(HPUA)和一系列双重固化(UV/潮气)超支化聚氨酯丙烯酸酯(DHPUA),使用傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和碳谱(13C-NMR)以及凝胶色谱(GPC)对其分子结构进行了表征.并以其为预聚物制备光固化涂层,通过对双重固化涂层的表面形貌、热性能和物理性能的研究,结果表明,超支化双重固化涂层经过潮气固化后,涂层表面的粗糙度随着树脂中硅氧烷端基的含量的增加先下降后上升;超支化双重固化涂层的物理性能和热稳定性都随着树脂中硅氧烷端基的含量的增加而提升.     

新型氮化硼陶瓷纤维先驱体——含硅聚硼氮烷的合成与表征

以三氯化硼、六甲基二硅氮烷为起始原料, 采用一步法合成了一种新型含硅氮化硼陶瓷纤维先驱体——含硅聚硼氮烷. 该法合成工艺简单, 且合成收率约为87%(质量分数). 采用元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、热机械分析、动态流变分析等对含硅聚硼氮烷的组成、结构和性能进行了表征. 结果表明, N—B为含硅聚硼氮烷先驱体的骨架结构, 其中, B, N主要以硼氮六环形式存在, 而Si则以Si—CH₃, Si—N形式存在. 该先驱体软化点为110 ℃, 具有优良的成型性, 在190 ℃的N₂气氛中可纺丝得到20～25 μm的有机纤维.     

胺源对“一锅法”合成聚硼硅氮烷结构及性能的影响

以六甲基二硅氮烷(MM^N)、四甲基二乙烯基二硅氮烷(MM^NVi)和四甲基二硅氮烷(MM^NH) 3种不同结构的二硅氮烷为胺源,通过与氯硅烷和三氯化硼反应,制备出具有不同封端结构的聚硼硅氮烷.其中,以MM^N、MM^NVi为胺源可获得液态产物;以MM^NH为胺源时,因合成过程中发生活性基团间的过度交联导致产物凝胶.采用核磁共振波谱仪、红外光谱仪对液态前驱体聚合物及其热解产物的结构进行了表征.研究结果表明：通过“一锅法”制备的液态聚硼硅氮烷主链具有较多的支化和环状结构,随着封端结构中乙烯基含量的增加,所得前驱体的固化温度降低,固化反应活化能降低.与以MM^N为胺源和封端剂合成的聚硼硅氮烷相比,以MM^NVi为胺源所得前驱体固化前后陶瓷产率分别提高了14.9%及8.1%.并且,通过改变胺源的种类和比例可以调节热解产物的元素组成,合成的液态前驱体聚合物热解所得SiBCN陶瓷结晶温度高于1700℃.     

一种杂环磺化聚芳醚腈酮质子交换膜材料的合成及表征

用含二氮杂萘酮结构类双酚DHPZ,3,3′-二磺酸钠基-4,4′-二氟二苯酮,2,6-二氯苯腈以及4,4′-二氟二苯酮,通过缩合共聚合反应合成了一系列不同磺化度、高分子量的磺化聚芳醚腈酮.聚合物特性粘数为0·58~2·0dL/g.用红外光谱(FT-IR),核磁共振谱(1H-NMR)表征了聚合物结构.用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)研究了聚合物的耐热性能,研究表明其玻璃化温度(Tg)可达352℃,5%热失重温度大于500℃.以N-甲基吡咯烷酮为溶剂,溶液浇铸法制备了聚合物膜,并测定了膜的溶胀率以及质子交换能力.结果表明,与Nafion膜相比,磺化聚芳醚腈酮膜在相同的质子交换能力条件下,溶胀率显著降低.     

一种计算基团电负性的简单方法

基团(取代基)电负性在研究复杂分子特别是有机化合物的结构和性质中是一个重要参数。人们在这方面已作了许多工作,文献报道的基团电负性值不少于十套。但这些方法大都太繁,公式复杂且参数较多,不便运用。本文试以核磁共振谱的质子化学位移值为依据,建立一个简单的计算公式。人们熟知,核磁共振谱中的质子化学位移与围绕质子的电子密度相关,而质子周围的电子密度又与邻近的取代基的基团电负性紧密相关。电负性大的基团     

聚硼硅氮烷前驱体的合成及性能研究

以三氯化硼和甲基氢二氯硅烷为原料,采用共氨解的方式合成了聚硼硅氮烷前驱体,并采用核磁共振波谱仪、傅里叶红外光谱仪、差式扫描量热仪、热重分析仪、光电子能谱、网络矢量分析仪等仪器对前驱体及其热解产物进行了表征。前驱体在1000 oC、氮气气氛下热解的陶瓷产率为71.1 %。在氨气气氛下热解可以有效降低热解产物中的碳含量,聚硼硅氮烷在900 oC氨气气氛下热解产物的碳含量低于1 %,并且该热解产物具有高的结晶温度、良好的抗氧化性能和介电性能,有望用于耐高温陶瓷基透波复合材料。     

三(3-乙炔基苯胺)-苯基硅烷改性含硅芳炔树脂的性能

以苯基三氯硅烷、3-氨基苯乙炔为原料,通过胺解反应合成了三(3-乙炔基苯胺)苯基硅烷(SZTA),并通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1 H-NMR)表征了其结构。随后通过熔融共混的方法制备了不同配比的改性含硅芳炔树脂(PSA/SZTA),借助黏度计、流变仪、差示扫描量热仪(DSC)、电子万能试验机、热重分析仪(TG)等考察了改性树脂的工艺性能、固化特性、弯曲性能、热稳定性能和热解动力学等。结果显示,引入SZTA后,改性PSA树脂的黏度降低62%;改性PSA树脂固化物的弯曲强度最高达到34.6MPa,比未改性的PSA树脂提高了约54%;且改性树脂固化物在N_2中的5%热失重温度(T_(d5))均高于500℃,保持了良好的耐热性能;PSA/SZTA-20固化物的热解表观活化能(Ea)的平均值为249kJ/mol。     

氟硅协同改性丙烯酸树脂的合成与防污性能研究

以甲基丙烯酸十二氟庚酯(FMA)、甲基丙烯酸聚二甲基硅氧烷基酯(SMA)、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯和丙烯酸乙酯为共聚单体,通过溶液聚合反应合成出侧链含有机氟、有机硅的丙烯酸树脂.通过核磁共振氢谱(1H-NMR)、核磁共振氟谱(19F-NMR)、红外光谱(FTIR)对聚合物的结构进行了表征.通过扫描电镜(SEM)、接触角测试和生物评价等方法,探讨了FMA、SMA含量对树脂涂膜性能的影响.结果表明氟硅改性的丙烯酸树脂比单独含氟或含硅改性的丙烯酸树脂具有更低的表面能,而且氟硅改性的丙烯酸树脂涂膜比商业化的聚硅氧烷涂膜具有更好的防污性能.     

Synthesis and properties of UV curable polyvinylsilazane as a precursor for micro‐structuring

Photosensitive acrylated polyvinylsilazanes were prepared by reacting a diacrylate containing compound, 1,1‐bis (acryloyloxyethyl) ethyl isocyanate (BAEI), with polyvinylsilazane (PVSZ) and utilized as an inorganic photoresist for generating SiCN‐based ceramic microstructures. The acrylate‐modified polymers (m‐PVSZ) were characterized by ¹H‐NMR, ¹³C‐NMR and FT‐IR methods to determine the chemical reaction mechanism. Differential photo‐calorimeter and FT‐IR analysis were employed to examine its photosensitive properties. Line patterns were fabricated by a UV nano‐imprinting method; multi‐layered octagon structures were fabricated by a two‐photon absorption stereolithography process. The results indicate that m‐PVSZ is quite a novel inorganic photoresist for the fabrication of micro ceramic structures. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

旋光聚[乙烯-alt-R-N-(1-苯乙基)马来酰胺酸]的合成及静电自组装

以聚(乙烯-alt-马来酸酐)为原料,通过与R-(+)-α-苯乙胺的酰胺化反应,合成了一种新型的旋光聚电解质聚[乙烯-alt-R-N-(1-苯乙基)马来酰胺酸],利用红外吸收光谱、紫外吸收光谱、核磁共振氢谱和旋光度数据对其结构进行表征.聚[乙烯-alt-R-N-(1-苯乙基)马来酰胺酸]与聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)逐层静电自组装过程的紫外跟踪测试结果表明,带相反电荷的聚电解质间能够形成稳定增长的自组装膜,多层膜组装量随双层数指数增大.     

由光敏性全氢聚硅氮烷制备透明高硬Si—O微/纳米结构压印模板

面向可用作压印模板的透明高硬微/纳米结构的低成本制备,无机高分子全氢聚硅氮烷用甲基丙烯酸(2-异氰酸基乙酯)进行光敏改性,经FTIR,1H-NMR,13C-NMR等手段表征,推断获得的是甲基丙烯酸酯化的全氢聚硅氮烷(MPHPS),并以此为原料,用一种含氟聚合物(FP)模板,施加0.1～0.4 MPa的压力,紫外压印制备MPHPS的微结构,发现增加压力,压印复制效果提高,0.23 MPa可以完全复制FP模板的微结构.此外,在0.4 MPa的压力下也制备了分辨率为90 nm,70 nm的纳米级结构.随后在碱性条件下室温水解,MPHPS聚合物结构转化为Si—O无机结构,最终获得透明高硬结构,硬度4.5×103MPa,弹性模量115×103MPa.     

Artificial Leaves via Reproduction of Hierarchical Structures by a Fast Molding and Curing Process

In this work, we have developed a practical approach for the replication of hierarchical structures on a native leaf surface via a fast two‐step molding process combining both the fast curability to prevent shrinkage of cells and the strong resistance to chemical compounds for further applications. The negative replica of the leaf was produced from perfluoropolyether (PFPE) by precise molding followed by a fast curing with UV. A liquid ceramic precursor material (polyvinylsilazane, PVSZ) was used to fabricate the positive leaf structure through the same process as applied for the negative imprint of the surface yielding a highly detailed replica of the native leaf surface structure. Static water contact angle measurements show that the biomimetic surfaces exhibit a wettability similar to the native leaves.     

Synthesis of SiCN@TiO2 core-shell ceramic microspheres via PDCs method

A facile and effective polymer-derived ceramics (PDCs) emulsification-crosslinking-pyrolysis method was developed to fabricate SiCN@TiO₂ core-shell ceramic microspheres with polyvinylsilazane (PVSZ) and tetrabutyl titanate (TBT) as precursors. The TBT: PVSZ mass ratios, emulsifier concentrations and the pyrolysis temperature were examined as control parameters to tune the size and morphology of microspheres. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) confirmed the synthesized SiCN@TiO₂ microspheres to be comprised of SiCN core coated with TiO₂ crystals, with an average size of 0.88 μm when pyrolyzed at 1400 °C. The analysis of Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) ensured that SiCN@TiO₂ core-shell ceramic microspheres composed of rutile TiO₂, β-SiC and Si₃N₄ crystalline phases, The thermal properties were characterized by thermogravimetric analysis (TGA). The obtained SiCN@TiO₂ core-shell ceramic microspheres were the promising candidate of the infrared opacifier in silica aerogels and this technique can be extended to other preceramic polymers.     

可紫外光交联氟代聚芳醚的合成及性能研究

以丙酮酸、苯甲醚为原料合成了1,1-双(4-甲氧基苯基)(BMPE)乙烯单体,并通过去甲基反应得到了含可交联基团的二酚单体1,1-双(4-羟基苯基)乙烯(BHPE),并且用核磁共振、飞行质谱及元素分析表征了单体的结构,DSC测试了单体的熔点.并将BHPE与全氟联苯(DFBP)在氟化钾和氢化钙的催化作用低温下进行缩聚反应,得到了一种可紫外辐照交联的氟代聚芳醚.通过核磁共振证明了所合成的单体以及聚合物的结构,凝胶渗透色谱(GPC)测定了聚合物的分子量.傅立叶变换红外光谱分析了聚合物紫外辐照下的交联反应.所合成的氟代聚芳醚在室温下可溶于氯仿、四氢呋喃等有机溶剂,紫外交联后不溶于任何有机溶剂.且合成的聚合物具有良好的热稳定性能(玻璃化转变温度为160℃,交联后的5%热失重为465℃).     

三甲基硅基取代聚硅烷的合成与性能研究

利用聚甲基硅烷(PMS)的高分子反应合成三甲基硅基取代聚硅烷(SPS),研究其分子组成与结构,热分解性能和导电性能等.FT-IR、1H-NMR、29Si-NMR、UV和GPC分析表明,SPS具有Si—Si相连的主链结构,侧链的部分取代基中含有三甲基硅侧基.SPS可溶于一般常见的有机溶剂,其热分解特性表明,陶瓷产率为44%,可用作SiC陶瓷先驱体.通过热交联反应可以有效提高其分子量,将其与碘掺杂,电导率为10-6S/cm量级,在半导体范围.     

新型SiBNC陶瓷先驱体——聚硼硅氮烷的合成与表征

以甲基氢二氯硅烷、三氯化硼、六甲基二硅氮烷为起始原料, 采用共缩合的方法合成了一种新型的可溶可熔的SiBNC陶瓷先驱体--聚硼硅氮烷(PBSZ). 该法合成工艺简单, 且合成收率约为91% (w%). 采用元素分析、傅立叶红外光谱、核磁共振波谱、X射线光电子能谱、动态热机械分析、热重分析等对PBSZ的组成、结构和性能进行了表征. 结果表明, 先驱体的主要骨架为-Si-N-B-, 其中, B, N以硼氮六环形式存在, 而C则以Si-CH₃形式存在. 该先驱体熔点为69 ℃, 数均分子量为10802, 分子量分散系数为1.50. 此外, 所合成的先驱体具有优良的成型性, 在80 ℃的N₂气氛中可纺丝得到15～20 μm的有机纤维, 1000 ℃时相应陶瓷产率约为63% (w%).     

聚硅氮烷在氨气中的裂解研究

聚硅氮烷在氨气中的裂解研究胡海峰陈朝辉冯春祥张长瑞宋永才（国防科技大学五系长沙４１００７３）关键词聚硅氮烷，氨气气氛，裂解机理先驱体转化法是制备陶瓷的一种独特方法，但裂解产物往往偏离化学稳定相组成，尤其是硅氮烷裂解后氮含量不足影响了材料的高温性能．...     

三维有序多孔图案化SiC陶瓷的制备

结合毛细管微模塑技术、模板技术和先驱体转化技术, 以图案化聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体为模具,以氧化硅凝胶小球为模板, 以液态聚碳硅烷(PCS)为先驱体, 经过氧化硅凝胶小球图案化模板的形成, 先驱体的渗入, 模板中先驱体的交联, 弹性模具的去除, 图案化先驱体的无机化和模板的去除, 制备了图案化多孔SiC 陶瓷.研究结果表明：所制备的图案化多孔陶瓷中, 图案的尺寸受图案化PDMS 弹性模具的控制, 球形孔的孔径可由氧化硅凝胶小球来调节. 图案化陶瓷中球形孔不仅三维有序排列, 而且由于模板中小球的相互接触形成的“窗 口”使球形孔三维贯通.