[发明专利]一种介孔硅树脂及其制备方法

说明书

技术领域  

本发明涉及纳米材料生产技术领域，尤其涉及一种介孔硅树脂及其制备方法。

背景技术  

有序介孔材料是指孔径约2~50 nm、结构高度有序且孔径均一的一类多孔性固体材料, 按其骨架的组成可分为无机介孔材料和有机聚合物介孔材料。目前在有序无机介孔材料的研究上已经取得了很大进展, 相继合成了以SBA-15、SBA-16为代表的有序介孔二氧化硅及多种衍生物。但对有序介孔聚合物的研究报道较少, 这主要是因为有机高分子骨架的热稳定性和力学稳定性较差, 其孔壁在制备过程中易于变形和塌陷。有序介孔聚合物不仅具有高的比表面积和孔径,而且具有独特的有机骨架结构, 因此在绝热材料、微电泳、生物反应器、双电层电容、光电传感器、催化剂载体及纳米功能材料等先进材料领域均有巨大的应用前景。

介孔硅树脂是一种新型聚合物多孔材料，由硅氧键(—Si—O—Si—)交替组成主链，通过硅与有机基团组成侧链的一种高分子聚合物，其分子结构已有文献报道。由于其结构的特殊性，故具有许多其它材料所不能同时具备的优异性能，如卓越的耐高温与耐低温性、优良的电绝缘与化学稳定性、良好的耐老化性、突出的表面活性、憎水防潮和生理惰性等。通常作为阻尼、隔音、减震、电绝缘封装等材料，应用于航空航天领域作为航天器、火箭等的轻质、耐高温、抗湿材料，也可作为推进器、机翼、机舱的填充减震材料和绝热材料等。

目前，具有纳米孔状结构的硅树脂采用溶胶-凝胶法进行制备。例如，哈尔滨工业大学徐慧芳等在CN10l875785A中公开了一种采用溶胶-凝胶法制备多孔硅树脂的方法，其步骤如下：在搅拌条件下，将氨水溶液滴加到甲基硅树脂溶液中，搅拌后，密闭静置，得到湿凝胶；将湿凝胶用溶剂交换，然后进行干燥，即得到多孔聚甲基硅氧烷，其孔径尺寸在80 nm以上，超出了介孔尺寸的范围。对于该多孔硅聚合物的其它孔性质该专利并未公开。而且，采用溶胶-凝胶法制备多孔硅树脂存在孔径大小难控制, 材料孔径分布较宽、均匀性差，材料的重现性不好等不足。

EISA（溶剂挥发诱导自组装法）方法是利用表面活性剂模板法来制备具有结构有序材料的一种新方法。其基本流程为：首先, 制备含有无机前驱体、表面活性剂、有机单体及有机溶剂等组分的酸性水溶胶组装液, 然后利用浸涂、旋涂、喷涂或浇铸等方法使该组装液在某种基材(如硅片)表面自组装成膜。由于溶剂的不断挥发, 诱导表面活性剂胶束带动相应的无机、有机分子进行自组装, 形成具有一定形状、周期性排列的介晶相, 从而使无机和有机组分在很短时间内组装成长程有序的规整序列结构。用EISA方法合成介孔材料具有以下4个显著的优点:（1）材料的结构可事先设计;（2）反应条件温和, 过程有较好的可控性;（3）模板易于构筑且结构具有多样性;（4）可合成具有特异性能(如光学透明、优异的力学、电学等性能和较大的比表面积以及环境相应性等特性)的有机-无机纳米复合材料。但采用该方法制备硅树脂的难点在于无机前驱体、表面活性剂、有机单体及有机溶剂等组分选择配合等因素，目前还没有相关文献报道采用自组装法制备具有结构有序的介孔硅树脂材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介孔硅树脂，该树脂具有有序的介孔结构、稳定性好。

本发明的另一目的在于提供上述介孔硅树脂的制备方法，该方法反应条件温和、易于控制，适于工业化生产。

本发明的目的是通过如下技术措施实现的：

一种介孔硅树脂，其特征在于：它是采用甲基苯基硅氧烷树脂(MPS)为树脂基体，嵌段共聚物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯（PDMS-PEO）为模板剂，以四氢呋喃（THF）为溶剂，通过溶剂挥发诱导自组装方法制得；所述介孔硅树脂的孔径为5~50nm。

为了获得稳定性及有序度更好的介孔硅树脂，优选地，上述甲基苯基硅氧烷树脂(MPS)溶于THF中，甲基苯基硅氧烷树脂(MPS)的浓度为20~80wt%，进一步优选为30 wt%。

进一步优选地，上述嵌段共聚物聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯（PDMS-PEO）溶于THF中，PDMS-PEO的浓度为2~10wt%，进一步优选为5 wt%。

更优选地，PDMS-PEO与MPS的质量比（0.7~1.3）：（2~4），优选为1：3。