Synthesis of novel polysiloxanes and silsesquioxanes with high refractive Index by utilizing alkoxysilane precursors with polycyclic aromatic substituents

Abstract

Silikone finden zunehmend Anwendung in optischen Materialien, wie zum Beispiel als Verkapselungsmaterial für Leuchtdioden (LEDs) oder als Kontaktlinsen in Form von Silikon-Hydrogel. Trotz einer hohen Transparenz, sowie exzellenter chemischer und thermischer Stabilität limitiert ein niedriger Brechungsindex ihre Anwendung. Im ersten Teil der vorliegenden Dissertation wurden daher neuartige polycyclische aromatische Dialkoxysilane verwendet, um deren Einfluss auf den Brechungsindex der mittels Hydrolyse und Kondensation erhaltenen Silikonharze zu untersuchen. Hierbei konnte eine deutliche Erhöhung des Brechungsindex, hohe thermische Stabilität und Transparenz, jedoch auch ein Verflüssigen bei hohen Temperaturen beobachtet werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde daher das zuvor erfolgversprechendste Silikonharz auf verschiedene Arten nachvernetzt. Das bei zwei Silikonen auf diese Art deutlich besser ins Netzwerk eingebaute polycyclische Dialkoxysilan verhindert ein Verflüssigen bei hohen Temperaturen und ermöglicht somit einen Einsatz in Hochtemperaturanwendungen. Zuletzt wurden sogenannte „polyhedral oligomeric silsesquioxanes“ (POSS) mit den bereits zuvor verwendeten polycyclischen aromatischen Gruppen mittels Tetrabutylammoniumfluorid (TBAF) oder KOH hergestellt. Bei allen Ansätzen konnten POSS-Systeme erhalten, jedoch nur der T8-POSS mit 1-Naphthylgruppen an allen Ecken rein hergestellt und mittels Kristallstruktur bestätigt werden.

Silicones are becoming increasingly popular in optical materials, for example as encapsulation material for light-emitting diodes (LEDs) or as contact lenses in the form of silicone hydrogel. Despite their high transparency and excellent chemical and thermal stability, a low refractive index limits their application. In the first part of this dissertation, novel polycyclic aromatic dialkoxysilanes were therefore used to investigate their influence on the refractive index of silicone resins obtained by hydrolysis and condensation. A significant increase in the refractive index, high thermal stability and transparency, but also liquefaction at high temperatures were observed. In the second part of this work, the previously most promising silicone resin was therefore post-crosslinked in various ways. The polycyclic dialkoxysilane, which is now much better integrated into the network in two of the silicones, prevents liquefaction at high temperatures and thus enables use in high-temperature applications. Finally, so-called ‘polyhedral oligomeric silsesquioxanes’ (POSS) containing the previously used polycyclic aromatic groups were prepared using tetrabutylammonium fluoride (TBAF) or KOH. POSS systems could be obtained in all approaches, but only the T8-POSS with 1-naphthyl groups at all corners could be produced purely and was confirmed by means of crystal structure.