环氧基POSS和环氧基纳米SiO2/二氧化碳共聚物杂化材料的制备、结构和性能研究

The property of CO2 copolymers is one of key factors to limit its large-scale utilization. The nano-hybrid technology is an effective way to adjust polymeric structure and improve its property. This work intends to introduce epoxide POSS and new epoxide nano-SiO2 into CO2 copolymers using in-situ polymerization method. A series of POSS or nano-SiO2/CO2 copolymer hybrid materials will be prepared by changing the composition of raw materials, mixture ratio and polymerization parameters (temperature and pressure). By the thorough research on the polymerization conditions，the structure and properties of the hybrid materials, the effect of the surface structure of POSS and nano-SiO2 on the polymerization of carbon and epoxide will be clarified and the structure-property relationship of the CO2 copolymers hybrid materials will be established. The modification mechanism of the CO2 copolymers by epoxide POSS and epoxide nano-SiO2 will be discussed and clarified. On this basis, the surface structure of POSS and nano-SiO2 will be designed to more suit the modification of the CO2 copolymers.The implementation of this plan will provide the basis to design the new CO2 copolymers and promote the development and utilization of CO2 copolymers.

目前，二氧化碳共聚物的性能已成为制约其规模化应用的关键因素之一。纳米杂化技术是调控聚合物结构进而改善其性能的有效途径。基于此，本研究拟在适宜催化剂的作用下，通过原位聚合的方法，将环氧基POSS和环氧基纳米SiO2引入二氧化碳共聚物体系中，通过调节原料组成、配比以及聚合反应参数（如温度、压力等）等来制备一系列二氧化碳共聚物杂化材料，通过对聚合工艺、所得杂化材料结构和性能的深入研究，阐明POSS和纳米SiO2的表面结构对聚合反应的影响，建立二氧化碳共聚物杂化材料结构和性能之间的关系，探讨并阐明POSS和纳米SiO2对二氧化碳共聚物的改性机理，在此基础上，设计出更适合二氧化碳共聚物改性的POSS和纳米SiO2，为开发新型的二氧化碳共聚物材料提供依据，从而促进二氧化碳共聚物的开发利用。

针对聚碳酸亚丙酯的性能缺点，本项目采用原位共聚的方法将环氧基POSS和表面环氧化的纳米SiO2引入二氧化碳和环氧丙烷的共聚体系，制备了一系列PPC的杂化材料，以期提高聚碳酸亚丙酯的性能。研究结果表明，在双组分均相催化剂的作用下，成功地制备了PPC/POSS和PPC/RNSE杂化材料，而且POSS和RNSE的引入有助于催化效率的提高，采用红外光谱和核磁氢谱对所得杂化材料的结构进行了表征，证实了POSS和RNSE上的环氧基团参与了共聚反应，与纯PPC相比，所得杂化材料的玻璃化转变温度变化不大，但是其热稳定性有所提高。本项目还采用表面结构不同的纳米SiO2对PPC进行了共混改性，研究结果表明，不同表面的纳米SiO2均可以不同程度地提高PPC的热性能和力学性能，但是由于纳米SiO2的表面结构不同，导致其在PPC中的分散性及其与PPC的界面作用不同，因此，改性效果有差异。相比较而言，表面甲基化的纳米SiO2对PPC有较好的改性效果。另外，本项目还采用酰胺类聚合物粉对PPC进行改性，发现羊毛粉对PPC具有较好的改性效果，并对改性机制进行了阐述。