本發(fā)明涉及自組裝微納結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷及其制備方法。

背景技術(shù)：

倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquixane，POSS)，是指分子結(jié)構(gòu)中氧原子個(gè)數(shù)是硅原子個(gè)數(shù)的1.5倍的硅氧烷，尺寸在2-5nm之間，其經(jīng)驗(yàn)分子式為(RSiO_1.5)_n，其中R代表氫H或者有機(jī)基團(tuán)如烷基、亞烷基、芳香基、亞芳基及它們的衍生物等，從分子設(shè)計(jì)的角度看，POSS從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了有機(jī)相與無機(jī)相以共價(jià)鍵相結(jié)合，是一種新型有機(jī)-無機(jī)雜化材料。

納米POSS報(bào)道的分子結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：無規(guī)結(jié)構(gòu)、梯形結(jié)構(gòu)、籠形結(jié)構(gòu)、部分籠形結(jié)構(gòu)和橋形結(jié)構(gòu)。納米POSS的研究已經(jīng)很多，然而對(duì)納米POSS的自組裝微納結(jié)構(gòu)研究是空白，因此本發(fā)明專利就這個(gè)方面展開研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷及其制備方法，工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明提出的一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷的制備方法，將倍半硅氧烷加入高分子基體中混合均勻，然后放置得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

優(yōu)選地，高分子基體為聚乙烯、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、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁酯、聚酰胺、聚碳酸樹酯、聚甲醛樹酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚氨酯、聚苯乙烯、氯磺化聚乙烯、天然橡膠、丁苯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、聚硫橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丁腈橡膠、聚丙烯酸酯橡膠、丁基橡膠、異戊橡膠和乙丙橡膠中的一種或兩種以上組合物。

優(yōu)選地，將倍半硅氧烷加入高分子基體中混合均勻的具體步驟為：將高分子基體加入混煉機(jī)中升溫塑化，再加入倍半硅氧烷充分混合，接著加入硫化劑或固化劑。

優(yōu)選地，放置的時(shí)間為0～5年。

優(yōu)選地，倍半硅氧烷與高分子基體的重量比為1～15：100。

本發(fā)明提出的一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷，采用上述自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷的制備方法制得。

本發(fā)明采用將倍半硅氧烷加入高分子基體中混合，然后室溫放置自然老化，通過倍半硅氧烷分子自身的相互作用，有趣的倍半硅氧烷自組裝現(xiàn)象發(fā)生了，倍半硅氧烷可以有序而緩慢進(jìn)行自組裝得到納米棒、十字型、納米棒整列等多種自組裝微納結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例5所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的電鏡掃描圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例6所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的電鏡掃描圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例7所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的電鏡掃描圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例8所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的電鏡掃描圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例9所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的電鏡掃描圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例5-9所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的X射線衍射圖。

具體實(shí)施方式

下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提出的一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷的制備方法，將倍半硅氧烷加入高分子基體中混合均勻，然后放置進(jìn)行自然老化得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例2

本發(fā)明提出的一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷的制備方法，將倍半硅氧烷加入聚氨酯中混合均勻，然后放置進(jìn)行自然老化得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例3

本發(fā)明提出的一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷的制備方法，將倍半硅氧烷加入丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中混合均勻，然后放置進(jìn)行自然老化1年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例4

本發(fā)明提出的一種自組裝結(jié)構(gòu)倍半硅氧烷的制備方法，將異戊橡膠加入混煉機(jī)中升溫軟化，再加入倍半硅氧烷充分混合，接著加入硫磺和硫化促進(jìn)劑TMTM，然后放置進(jìn)行自然老化4年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例5

打開開煉機(jī)，設(shè)置輥溫為50℃，待機(jī)器預(yù)熱完成，將天然橡膠放在開煉機(jī)上塑煉，使天然橡膠在雙輥的剪切和擠壓作用下軟化，在塑煉時(shí)要根據(jù)天然橡膠的軟硬程度及時(shí)調(diào)節(jié)輥距；待到天然橡膠軟化到所需程度時(shí)，將倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡膠中，倍半硅氧烷與天然橡膠的重量比為2：100，放入開煉機(jī)中進(jìn)行充分混合10分鐘，加入硫磺和硫化促進(jìn)劑TMTD，繼續(xù)混煉10分鐘，然后室溫放置24h得到混煉膠；將混煉膠置于預(yù)熱后的模具中，然后將含混煉膠的模具置于硫化機(jī)中，啟動(dòng)開關(guān)，待兩板距離還有20cm時(shí)，換用電動(dòng)開關(guān)，使兩板慢慢合攏，抽真空，再點(diǎn)動(dòng)合攏重復(fù)2至3次，材料壓模8分鐘，硫化溫度為145℃，硫化壓力為1.2MPa；硫化完成后，取出，室溫放置進(jìn)行自然老化2年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例6

打開開煉機(jī)，設(shè)置輥溫為50℃，待機(jī)器預(yù)熱完成，將天然橡膠放在開煉機(jī)上塑煉，使天然橡膠在雙輥的剪切和擠壓作用下軟化，在塑煉時(shí)要根據(jù)天然橡膠的軟硬程度及時(shí)調(diào)節(jié)輥距；待到天然橡膠軟化到所需程度時(shí)，將倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡膠中，倍半硅氧烷與天然橡膠的重量比為4：100，放入開煉機(jī)中進(jìn)行充分混合10分鐘，加入硫磺和硫化促進(jìn)劑TMTD，繼續(xù)混煉10分鐘，然后室溫放置24h得到混煉膠；將混煉膠置于預(yù)熱后的模具中，然后將含混煉膠的模具置于硫化機(jī)中，啟動(dòng)開關(guān)，待兩板距離還有20cm時(shí)，換用電動(dòng)開關(guān)，使兩板慢慢合攏，抽真空，再點(diǎn)動(dòng)合攏重復(fù)2至3次，材料壓模8分鐘，硫化溫度為145℃，硫化壓力為1.2MPa；硫化完成后，取出，室溫放置進(jìn)行自然老化2年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例7

打開開煉機(jī)，設(shè)置輥溫為50℃，待機(jī)器預(yù)熱完成，將天然橡膠放在開煉機(jī)上塑煉，使天然橡膠在雙輥的剪切和擠壓作用下軟化，在塑煉時(shí)要根據(jù)天然橡膠的軟硬程度及時(shí)調(diào)節(jié)輥距；待到天然橡膠軟化到所需程度時(shí)，將倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡膠中，倍半硅氧烷與天然橡膠的重量比為6：100，放入開煉機(jī)中進(jìn)行充分混合10分鐘，加入硫磺和硫化促進(jìn)劑TMTD，繼續(xù)混煉10分鐘，然后室溫放置24h得到混煉膠；將混煉膠置于預(yù)熱后的模具中，然后將含混煉膠的模具置于硫化機(jī)中，啟動(dòng)開關(guān)，待兩板距離還有20cm時(shí)，換用電動(dòng)開關(guān)，使兩板慢慢合攏，抽真空，再點(diǎn)動(dòng)合攏重復(fù)2至3次，材料壓模8分鐘，硫化溫度為145℃，硫化壓力為1.2MPa；硫化完成后，取出，室溫放置進(jìn)行自然老化2年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例8

打開開煉機(jī)，設(shè)置輥溫為50℃，待機(jī)器預(yù)熱完成，將天然橡膠放在開煉機(jī)上塑煉，使天然橡膠在雙輥的剪切和擠壓作用下軟化，在塑煉時(shí)要根據(jù)天然橡膠的軟硬程度及時(shí)調(diào)節(jié)輥距；待到天然橡膠軟化到所需程度時(shí)，將倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡膠中，倍半硅氧烷與天然橡膠的重量比為8：100，放入開煉機(jī)中進(jìn)行充分混合10分鐘，加入硫磺和硫化促進(jìn)劑TMTD，繼續(xù)混煉10分鐘，然后室溫放置24h得到混煉膠；將混煉膠置于預(yù)熱后的模具中，然后將含混煉膠的模具置于硫化機(jī)中，啟動(dòng)開關(guān)，待兩板距離還有20cm時(shí)，換用電動(dòng)開關(guān)，使兩板慢慢合攏，抽真空，再點(diǎn)動(dòng)合攏重復(fù)2至3次，材料壓模8分鐘，硫化溫度為145℃，硫化壓力為1.2MPa；硫化完成后，取出，室溫放置進(jìn)行自然老化2年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

實(shí)施例9

打開開煉機(jī)，設(shè)置輥溫為50℃，待機(jī)器預(yù)熱完成，將天然橡膠放在開煉機(jī)上塑煉，使天然橡膠在雙輥的剪切和擠壓作用下軟化，在塑煉時(shí)要根據(jù)天然橡膠的軟硬程度及時(shí)調(diào)節(jié)輥距；待到天然橡膠軟化到所需程度時(shí)，將倍半硅氧烷粉末包裹在天然橡膠中，倍半硅氧烷與天然橡膠的重量比為11：100，放入開煉機(jī)中進(jìn)行充分混合10分鐘，加入硫磺和硫化促進(jìn)劑TMTD，繼續(xù)混煉10分鐘，然后室溫放置24h得到混煉膠；將混煉膠置于預(yù)熱后的模具中，然后將含混煉膠的模具置于硫化機(jī)中，啟動(dòng)開關(guān)，待兩板距離還有20cm時(shí)，換用電動(dòng)開關(guān)，使兩板慢慢合攏，抽真空，再點(diǎn)動(dòng)合攏重復(fù)2至3次，材料壓模8分鐘，硫化溫度為145℃，硫化壓力為1.2MPa；硫化完成后，取出，室溫放置進(jìn)行自然老化2年得到自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。

將實(shí)施例5-9所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷進(jìn)行電鏡掃描，其結(jié)果如圖1-5所示，其中圖1為實(shí)施例5所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷，圖2為實(shí)施例6所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷，圖3為實(shí)施例7所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷，圖4為實(shí)施例8所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷，圖5為實(shí)施例9所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷。實(shí)施例5中倍半硅氧烷含量低，倍半硅氧烷呈現(xiàn)圓形顆粒狀結(jié)晶；而實(shí)施例6-8中天然橡膠與倍半硅氧烷交聯(lián)部分呈現(xiàn)團(tuán)簇形貌，實(shí)施例9中倍半硅氧烷含量高，則明顯出現(xiàn)了相分離，同時(shí)出現(xiàn)了自組裝納米棒、十字棒、納米棒整列等結(jié)構(gòu)。

由圖1-5可知：隨著倍半硅氧烷含量的增加，由于倍半硅氧烷在天然橡膠基體中的自組裝，促使倍半硅氧烷形貌變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的十字棒、納米棒整列的形貌。λ

將實(shí)施例5-9所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷進(jìn)行X射線衍射，其結(jié)果如圖6所示，純倍半硅氧烷的結(jié)晶峰在10.8°，而實(shí)施例9和實(shí)施8所得自組裝結(jié)構(gòu)的倍半硅氧烷的結(jié)晶峰分別在10.2°和9.87°。由布拉格方程λ＝2d sinθ可知：由于天然橡膠與倍半硅氧烷相互之間的作用，導(dǎo)致倍半硅氧烷團(tuán)聚的晶面之間的距離變大，倍半硅氧烷納米粒子團(tuán)在進(jìn)行趨向穩(wěn)定的排列，使倍半硅氧烷晶面間距增大。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。