新型脂肪族超支化环氧树脂及其杂化树脂的制备、结构与性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaowei_0315
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本文利用二羟甲基丙酸(DMPA)、三元醇和环氧氯丙烷为原料成功制备出四代新型液体脂肪族超支化环氧树脂,用多种现代分析测试手段对它们的结构进行了表征,并研究了双酚A型环氧(E51)/超支化环氧杂化树脂的机械性能、热性能和热分解动力学,相关研究未见其他文献报道的。 首先,利用AB2型单体二羟甲基丙酸(DMPA),以三元醇为核,通过"一步法"合成了四种不同分子量(或代数)的新型端羟基超支化聚合物HTP(HTP-1、HTP-2、HTP-3、HTP-4)。利用HTP与环氧氯丙烷反应合成了相应的四种不同分子量(或代数)的新型液体脂肪族超支化环氧树脂HTPE(HTPE-1、HTPE-2、HTPE-3、HTPE-4),超支化环氧树脂的粘度在11000~33000 cp之间,且超支化环氧树脂的粘度随其分子量(或代数)的增加先减小后增加,具有最小值。用红外光谱、化学滴定、GPC和分子模拟技术等手段表征了端羟基超支化聚合物和超支化环氧树脂的结构、特性和分子形态尺寸。 然后,研究了四种双酚A型环氧(E51)/超支化环氧杂化树脂的机械性能,结果表明:杂化树脂的韧性(包括冲击强度和断裂韧性)随超支化环氧树脂含量和分子量(或代数)的增加先增加后减小,具有极大值;强度(包括拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量)随超支化环氧树脂含量增加先增加后减小,随分子量(或代数)的增加而降低;在超支化环氧树脂质量百分含量为9%时,杂化树脂体系的综合性能达到最优值。其中以E51/HTPE-2体系综合性能最好,当HTPE-2含量为9%左右时,杂化树脂的冲击强度提高了近2倍,拉伸强度和弯曲强度分别提高了18%,20%。热性能研究表明:杂化树脂的维卡软化点温度、玻璃化转变温度和热分解温度随超支化环氧树脂的含量增加而下降;且韧性较高杂化树脂体系反而具有较差的热性能。 利用DMA技术和SEM技术阐述了杂化树脂体系具有均相结构。SEM研究杂化树脂的断裂形貌表明:冲击断面具有大量的"抽丝","抽丝"的长度随超支化环氧树脂分子量或代数的增加而略微增加,"抽丝"密度随超支化环氧树脂含量的增加而增加。并利用原位增韧增强机理解释了"抽丝"的成因。 最后,利用TGA技术和Coats-Redfern模型研究了杂化树脂的热分解动力学。热分解动力学研究表明:环氧树脂E51及其杂化树脂的热分解反应分两个阶段进行,包括100℃~340℃之间的低温段和340℃~800℃的高温段;低温阶段杂化树脂的热分解活化能与E51的相差不大,高温阶段热分解活化能随超支化环氧树脂含量、分子量(或代数)而的增加而降低,且高温阶段杂化树脂的活化能相比E51的活化能有较大下降。
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