[发明专利]七聚十三氟辛基丙基笼型倍半硅氧烷及其官能化衍生物

说明书

技术领域

本发明涉及一种长支链T7构型含氟POSS（七聚十三氟辛基丙基笼型倍半硅氧烷）及其官能化衍生物，本发明还涉及这种T7构型十三氟辛基丙基笼型倍半硅氧烷及其官能化衍生物的制备方法。

背景技术

卫生、水利工程、国防航天等领域均具有非常广泛的应用前景，和人们的日常生活息息相关。超疏水超疏油材料表面能小，不沾水、不沾油，可制成各种自清洁智能型表面涂料，可用于水工/海工结构和部件的表面封孔及防水防腐；还可以减少表面阻力和增加浮力，使得飞机、轮船、潜艇等运输工具具有更快的速度和更小的能耗，或应用于管道输油和高科技泳衣；超双疏材料还具有防雪、防冻效果，可应用于输电线路和雷达基站。

材料的超疏水超疏油性质由材料表面的化学组成和微观几何结构共同决定，即材料的表面能和微观结构共同决定了固体材料的润湿性。笼型倍半硅氧烷(Polydehral Oligomer Silsesquioxane,POSS)分子通式是(Rsi)_1.5)₈，笼型骨架由SiO键构成。含氟POSS既具有有机氟极低的表面能，又具有POSS特殊的纳米笼型结构，使得含氟POSS具有优异的超双疏性质。Joseph M.Mabry等通过研究发现含氟POSS其疏水性能随有机支链氟碳链长度的增加有明显提高^[1]。发明本人以国内已工业化生产的十三氟辛基丙基三甲氧基硅烷为原料，成功合成长支链T8构型十三氟辛基丙基三甲氧基笼型倍半硅氧烷（专利号ZL201010197966.0）。该产品因其长碳链、氟原子数目多，使其具有优异的超双疏性能，水接触角高达150°，因其独特的枝化结构，有效提高表面含氟密度，在含氟原子更少（或相同碳链长度）的情况下能获得更加优异的疏水疏油性能和热稳定性，而且具有良好的溶解性能，能溶于四氢呋喃、丙酮等常见的低毒、低成本溶剂，加工工艺性良好，适用于大规模工业化生产，为高性能功能化材料提供了关键性基础材料。

长支链T8构型十三氟辛基丙基POSS有诸多优异性能，但由于缺乏反应活性，在实际应用中只能采用物理共混形式，复合材料界面作用较弱，POSS分子易于团聚，尤其是掺量较大时，会导致聚合物的机械力学性能和透明度的下降，不能兼顾复合材料的疏水疏油性质和机械力学性质。鉴于氟原子极低表面能的特殊性质，含氟POSS单体对聚合物的相容性和分散性较一般类型POSS单体更差，如果不对其进行官能化改进，将极大的限制其改性聚合物的适用范围和改性效果。而官能化POSS通过引入具有反应活性基团，使得POSS单体与聚合物基体中间形成化学键合，极大提高了POSS基复合材料的界面作用，有效提高POSS单体与聚合物基体的相容性和分散性，实现真正意义上的分子级别分散，从而含氟POSS对聚合物的大掺量改性，实现疏水疏油性质、机械力学性质和耐热阻燃性质的同时提高，同时能够保持复合材料良好的透明度。