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含官能侧基聚硅烷的合成及性能研究

作　者: 钟丹
导　师: 李海涛; 李效东
学　校: 湖南师范大学
专　业: 有机化学
关键词: 聚硅烷 官能侧基 聚甲基硅烷 亲水性聚硅烷 芳基取代聚硅烷 苯氧基取代聚硅烷
分类号: O634.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


聚硅烷是一类主链完全由硅原子组成的聚合物,硅原子的3d空轨道,导致σ电子可沿Si-Si主链广泛离域,从而赋予聚硅烷许多优异的光电性能,使其作为半导体、光导体及非线性光学材料等功能性材料方面具有广泛的应用前景。聚硅烷的性能与侧基的种类与结构相关,但由于聚硅烷合成的固有缺陷,使得由硅烷单体直接聚合得到的聚硅烷所含有的官能侧基种类十分有限。针对该问题,对聚硅烷进行侧基官能化改性,可以有效的向聚硅烷引入活性侧基,制备功能化聚硅烷高分子。本论文选择高活性聚甲基硅烷(PMS)作为母体,通过高分子反应制备出三类有机基团取代的聚硅烷：亲水性聚硅烷、芳基取代聚硅烷、苯氧基取代聚硅烷。采用FT-IR,’H-NMR, GPC, UV, FL, TG等方法研究了其分子组成与结构,光谱性质及稳定性,并研究了芳基取代聚硅烷的导电性能。本文利用硅氢化反应使PMS与两种不饱和脂肪酸-丙烯酸与十一烯酸作用合成了两种亲水性聚硅烷：聚甲基(3-丙酸基)硅烷(Aa-PS)和聚甲基(11-十一酸基)硅烷(Ua-PS)。两种改性产物均易溶于乙醇,是亲水性聚硅烷,去质子化后能溶于水。其热稳定性和在空气中的稳定性相对PMS改善许多,尤其是Ua-PS在常温空气中能长期稳定存在。Aa-PS与Ua-PS的紫外最大吸收波长相对PMS由280nm分别红移至296nm与310nm。芳基取代聚硅烷的制备分两步,首先通过氯化反应合成聚甲基氯硅烷(PCMS),再利用PCMS的Si-Cl键与芳基格氏试剂反应,从而合成了聚甲基苯基硅烷(PMPS)与聚甲基(对甲氧基苯基)硅烷(PMMS)两种改性聚硅烷。改性后PMPS与PMMS均具有良好的稳定性和优异的光谱性质,其紫外最大吸收波长分别为306nm、312nm,其荧光光谱表征显示PMPS、PMMS具有两个荧光发射峰,在紫外区的最大发射峰均位于357nm,与PMS一致,在可见区的最大发射峰位于420nm、465nm。将PMPS、PMMS与I2掺杂,电导率可达1015S/cm,具有半导体性能。相比PMPS, PMMS具有更为优异的光电性能,说明强给电子基团可以有效的增强荧光和提高导电性能。苯氧基取代的聚硅烷(PMPOS)由PCMS与苯酚反应而得,三乙胺作缚酸剂,是一种具有优异光谱性质的聚硅烷,其最大紫外吸收波长为326nm,最大荧光发射峰为452nm。本文所合成的含官能侧基的聚硅烷均能溶于一般常见有机溶剂,具有良好的热稳定性及优越的可加工性能,应用前景广阔。其中Ua-PS有望在LB膜,分子自装方面获得应用；PMPS、PMMS是一种潜在的光电高分子；PMPOS具有优异的光谱性质有望在光学器件中获得应用。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 聚硅烷的研究概况  11-12
  1.2 聚硅烷的合成  12-20
    1.2.1 单体聚合法合成聚硅烷  12-16
    1.2.2 聚硅烷的侧基官能化  16-20
  1.3 聚硅烷的性能  20-23
    1.3.1 溶解性及热稳定性  20-21
    1.3.2 电子光谱特性  21-22
    1.3.3 导电性能  22-23
  1.4 聚硅烷的应用  23-25
    1.4.1 SiC陶瓷先驱体  23
    1.4.2 功能材料领域的应用  23-25
  1.5 论文设计思路与研究内容  25-27
第二章 亲水性聚硅烷的合成及性能研究  27-44
  2.1 前言  27-28
  2.2 实验部份  28-30
    2.2.1 仪器与试剂  28
    2.2.2 实验表征方法  28-29
    2.2.3 PMS的合成  29
    2.2.4 Aa-PS、Ua-PS的合成  29-30
  2.3 结果与讨论  30-42
    2.3.1 PMS的结构表征  30-32
    2.3.2 Aa-PS、Ua-PS的合成  32-34
    2.3.3 Aa-PS、Ua-PS组成及结构分析  34-37
    2.3.4 Aa-PS、Ua-PS的性能研究  37-42
  2.4 本章小结  42-44
第三章 芳基取代聚硅烷的合成及性能研究  44-57
  3.1 前言  44-45
  3.2 实验部份  45-47
    3.2.1 仪器与试剂  45-46
    3.2.2 实验表征方法  46
    3.2.3 PMS的氯化  46
    3.2.4 PMPS、PMMS的合成  46-47
    3.2.5 PMPS、PMMS的掺杂  47
  3.3 结果与讨论  47-56
    3.3.1 PMS的氯化  47-49
    3.3.2 PMPS、PMMS的合成  49-50
    3.3.3 PMPS、PMMS的组成与结构表征  50-52
    3.3.4 PMPS、PMMS的性能研究  52-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章 苯氧基取代聚硅烷的合成及性能研究  57-64
  4.1 前言  57
  4.2 实验部份  57-58
    4.2.1 仪器与试剂  57-58
    4.2.2 PCMS的合成  58
    4.2.3 PMPOS的合成  58
  4.3 结果与讨论  58-63
    4.3.1 PMPOS的合成  58-59
    4.3.2 PMPOS的组成与结构分析  59-61
    4.3.3 PMPOS的性能研究  61-63
  4.4 本章小结  63-64
结语  64-65
参考文献  65-70
附录  70-71
致谢  71-72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 元素有机聚合物 > 第Ⅳ族元素有机聚合物 > 硅有机聚合物
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