有机硅材料组成结构与光学性能关系研究

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随着国内外研究学者的不懈努力与钻研,科学技术日益发展,目前发现以及合成的化合物种类非常庞大,并且化合物的种类还在以每年几十万的速度增加。通过实验测定获得这些新的化合物的物理化学基础数据,不仅需要耗费大量的人力和时间,而且数据的准确性以及完善性受到测试条件等诸多因素制约。因此,建立起一个完备的物理化学性质数据库几乎不可能,导致许多化合物的物理化学性质数据缺失,给研究工作与化学生产带来巨大阻碍。  物质的结构决定了物质的性质,研究结构与性能之间的关系,发展出多种估算方法将物质的内部结构与物质的物化性质联系起来,获得反映物质分子结构的各种参数值,从而可以根据物质的微观结构可间接预测出物质的宏观性质。本文中主要介绍了基团贡献法、原子贡献法两种估算方法的应用。  有机硅材料以其优异的物理化学性能得到迅猛发展,需要大量的有机硅化合物物理化学性质用于生产工艺的设计中,因而必须对有机硅化合物的物质结构与其宏观性质之间的关系进行研究。本文中主要采用原子贡献法、基团贡献法研究有机硅化合物中各原子、基团对其摩尔折射度、摩尔体积、折射率、密度等性质的贡献值。主要内容分为以下六个部分:  (1)综述了根据物质结构预测宏观性能的定量构效关系(QSAR/QSPR)以及原子贡献法、基团贡献法的发展现状,介绍了各方法的基本原理以及各方法之间的联系与区别。由此提出本论文的研究目标与方法。  (2)对常见的硅烷、硅氧烷分子进行合理拆分,得到10种基团键。以110种硅烷和硅氧烷化合物的折射率作为样本,利用数学模型(nD=n∑i(Gi)Gi、n2D=n∑i=1μin(Gi)/n∑i=1vin(Gi)及Lorentz-Lorenz经验方程)描述各化合物宏观与分子内基团种类和数量的关系;利用数理统计软件1 stOpt进行最优化求解,得出每个基团键对有机硅化合物折射率、折射率平方、摩尔折射度、摩尔体积等宏观性质的贡献值,在此为基础上,对硅烷、硅氧烷以及有机聚硅氧烷的宏观性质<参考文献>=进行了模拟;利用密度函数ρ=n∑i=1cin(Gi)/n∑i=1ωin(Gi)为模型,进行最优化求解得到各基团的密度常数。  (3)以110种硅烷和硅氧烷化合物的摩尔折射度、摩尔体积以及折射率作为样本。首先结合碳系化合物中部分原子摩尔折射度,对硅烷、硅氧烷分子进行合理拆分,应用数理统计软件SPSS19.0计算得出有机硅化合物中各原子的摩尔折射度修正值。对硅烷、硅氧烷分子再次进行拆分,利用数理统计软件1 stOpt最优化求解得出各原子、基团的摩尔体积,再根据Lorentz-Lorenz经验方程计算可得110个化合物的的折射率。最后利用经验方程n2D=n∑i=1μin(Ai)/n∑i=1vin(Ai),采用原子贡献法计算得出各原子、基团的折射率常数。  (4)采用正硅酸乙酯法制备苯基改性MTQ树脂,研究了反应温度、反应时间、催化剂用量、乙醇用量对MTQ树脂产率的影响,选取最佳制备条件。以此为基础,改变封端剂,制备含有不同基团的硅树脂。  (5)通过阳离子开环聚合反应制备聚硅氧烷,以八甲基环四硅氧烷和四甲基四乙基环四硅氧烷为聚合单体,六甲基二硅氧烷、四甲基二苯基二硅氧烷、二甲基四苯基二硅氧烷分别作为封端剂制备得到三种不同基团封端的聚硅氧烷。  (6)将两种估算方法进行对比,选择其中预测更加准确的基团贡献法作为预测有机硅聚合物宏观性质的估算方法。通过核磁内标法计算出制备的硅树脂、聚硅氧烷中各基团的含量,对硅树脂和聚硅氧烷的折射率进行了预测。
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