Synthesis and characterization of polyoligosiloxysilicones

Promovendus/a: Sam Smet

Promotor(en): Prof. dr. ir. Johan Martens

Op silicium gebasseerde materialen zijn van vitaal belang voor onze huidige maatschappij. Van het zand en de klei die worden opgegraven voor gebruik in de bouwsector, tot de meer opgezuiverde vormen die essentieel zijn voor de productie van electronica, computers en medische implantaten, vervult het chemische element Si een rol in bijna elk aspect van ons dagdagelijkse leven. Onze hoog technologische wereld wordt echter gevoed door een steeds toenemende drang naar vooruitgang. Deze zoektocht verhoogt onafgebroken de vraag naar nieuwe materialen met nieuwe of verbeterde eigenschappen. Een tot de verbeelding sprekende strategie voor het ontwerpen en synthetiseren van nieuwe materialen begint bij relatief kleine moleculaire bouwstenen die op intelligente manieren kunnen worden gecombineerd ter vorming van gespecialiseerde componenten. In de wereld van silicium bevattende materialen wordt het kubische oligomeer [Si8O12], ook gekend als de dubbele vier ring (D4R), door velen gezien als zo een potentiële bouwsteen.

Enkele pogingen werden reeds ondernomen om D4R eenheden op een gecontroleerde manier met elkaar te verbinden met behulp van onder andere siliconen linkers. Een aantal vermelde materialen werden gesynthetiseerd door bifunctionele silanen te laten reageren met de D4R eenheden van een cyclosilicaat hydraat. De grote hoeveelheden water die aanwezig zijn in de oorspronkelijk beschikbare D4R bronnen bemoeilijken echter het controleren van de lengte van siliconen linkers omwille van ongewenste reacties van het silaan met het water. Cyclosilicaat hydraat chemie voorziet echter mogelijkheden om de hoeveelheid water in het precursor materiaal te beperken. Cyclosilicaat hydraten gemaakt in de aanwezigheid van hexamethyleenimine of tetrabutylammonium hydroxide bestaan beide uit D4R eenheden verbonden via waterstof bruggen en bevatten beide minder water dan conventionele D4R bronnen. In dit doctoraats onderzoek werd de mogelijkheid onderzocht om deze alternative precursor materialen te gebruiken als D4R bron om D4R-siliconen copolymeren te synthetiseren waarbij een zekere mate van controle kan worden uitgeoefend op de lengte van de siliconen linkers. Deze strategy bleek succesvol en de gevormde copolymeren kregen de naam polyoligosiloxysiliconen of POSiSils in het kort.

Dit werk heeft de weg geopend naar de nieuwe famillie van POSiSil materialen die zich bevindt naast bestaande nanoporeuze materialen zoals de zeolieten of de metaal organische netwerken (MOFs). De variabiliteit van zowel het gebruikte cyclosilicaat als de linker maken de POSiSil famillie potentieel even groot als bovenstaande famillies. Door de principes van netwerk ontwerpen toe te passen, kan een praktisch oneindige hoeveelheid leden van deze nieuwe klasse van materialen beschikbaar worden gemaakt voor applicaties.