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具纳米结构的热固性环氧树脂的不同方法的制备及其结构性能研究

作　者: 张崇印
导　师: 郑思珣
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米结构 自组装 反应诱致相分离 断裂韧性
分类号: TQ323.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


环氧树脂是一种非常重要的热固性聚合物,用途广泛,经常用作粘合剂、共混物的基体以及电子封装材料等等。环氧树脂固化后交联密度高,存在耐冲击性、耐开裂性和耐湿热性较差等缺点。多组分热固性环氧树脂中纳米结构的形成可以最优化热固性树脂基体和改性剂之间的作用力,因此在热固性聚合物中引入纳米结构可以极大地改进材料的机械性能。据文献报导,利用嵌段共聚物可以在热固性环氧树脂中形成纳米结构,采用的机理可以是自组装,或者反应诱致相分离机理。实际上也可以通过均聚物与热固性树脂前驱体反应,通过原位聚合形成嵌段共聚物,然而这方面的研究还没有报导过。本论文根据不同机理,设计合成了特定的嵌段共聚物,采用不同的方法制备了相应的纳米结构的热固性环氧树脂,并研究了各自的结构和性能。1.我们用ATRP聚合的方法设计合成了两亲性的嵌段共聚物PMMA-b-PDMS-b-PMMA,并制备了含该嵌段共聚物的热固性环氧树脂。通过原子力显微镜(AFM)、小角X射线散射(SAXS)测试我们发现嵌段共聚物PMMA-b-PDMS-b-PMMA改性后的环氧树脂具有纳米结构,纳米结构的形成可以用自组装机理来解释。对于体系的玻璃化转变行为我们作了示差扫描量热仪(DSC)和动态机械热分析仪(DMA)测试。通过表面静态接触角测试,我们发现,改性后的环氧树脂表面能减小,疏水性有了较大提高。2.通过开环聚合反应制备了PCL-b-PPO-b-PCL三嵌段共聚物,并制备了含该嵌段共聚物的热固性环氧树脂,经原子力显微镜(AFM)、小角X射线散射(SAXS)测试我们发现嵌段共聚物PCL-b-PPO-b-PCL改性后的环氧树脂具有纳米结构,纳米结构的形成可以用反应诱致相分离的机理解释。对于体系的热性能我们作了示差扫描量热仪(DSC)和动态机械热分析仪(DMA)测试。断裂韧性是通过应力场强度因子测试表征的,我们发现其断裂韧性较纯环氧树脂有了明显的提高。3.我们采用一种均聚物双端氨基聚环氧丙烷(ATPPO)与热固性环氧树脂前驱体DGEBA原位聚合,进而制备了纳米结构的环氧树脂。为了研究上述体系的结构,我们分别作了原子力显微镜(AFM)、小角X射线散射(SAXS)和扫描电子显微镜(SEM)测试,我们发现含ATPPO的热固性环氧树脂形成了纳米结构,纳米结构的形成归因于ATPPO与双酚A缩水甘油醚的原位聚合反应。该反应在原位生成了星形嵌段共聚物,随着固化反应进行,PPO的相分离被限制在了纳米尺度上。对于体系的玻璃化转变行为,我们作了示差扫描量热仪(DSC)和动态机械热分析仪(DMA)测试。断裂韧性是通过应力场强度因子测试表征的,我们发现只需要少量的ATPPO环氧树脂的韧性就可以得到很大的提高。作为对比,我们制备了含等分子量的双端羟基聚环氧丙烷(HTPPO)的热固性环氧树脂,我们发现ATPPO和HTPPO都能对环氧树脂起到显著增韧作用,但是ATPPO对热固性环氧树脂的增韧作用更为明显,这可以用纳米结构的形成来解释这一结果。

全文目录


摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 引言  12
  1.2 热固性环氧树脂  12-13
  1.3 嵌段共聚物应用  13
  1.4 利用嵌段共聚物制备纳米结构热固性环氧树脂  13-17
    1.4.1 自组装  14-15
    1.4.2 反应诱致相分离  15-17
  1.5 本论文的研究目的及内容  17-18
  参考文献  18-23
第二章 含两亲性三嵌段共聚物PMMA-b -PDMS-b-PMMA 的热固性环氧树脂纳米结构的形成——自组装机理  23-37
  2.1 引言  23
  2.2 实验部分  23-26
    2.2.1 实验药品  23-24
    2.2.2 实验  24-25
    2.2.3 表征方法  25-26
  2.3 结果与讨论  26-35
    2.3.1 两亲性嵌段共聚物PMMA-b-PDMS-b-PMMA 的合成  26-29
    2.3.2 含两亲性嵌段共聚物PMMA-b-PDMS-b-PMMA 的热固性环氧树脂的纳米结构  29-32
    2.3.3 含PMMA-b-PDMS-b-PMMA 热固性环氧树脂的纳米结构的形成机理  32-34
    2.3.4 含PMMA-b-PDMS-b-PMMA 热固性环氧树脂的表面性能  34-35
  2.4 本章小结  35-36
  参考文献  36-37
第三章 含PCL-b-PPO-b-PCL 三嵌段共聚物的纳米结构热固性环氧树脂的制备和性能研究——反应诱致相分离机理  37-52
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-40
    3.2.1 实验药品  37-38
    3.2.2 实验  38
    3.2.3 表征方法  38-40
  3.3 结果与讨论  40-50
    3.3.1 嵌段共聚物PCL-b-PPO-b-PCL 的合成  40-42
    3.3.2 含有嵌段共聚物PCL-b-PPO-b-PCL 的热固性环氧树脂的纳米结构  42-45
    3.3.3 含嵌段共聚物PCL-b-PPO-b-PCL 的环氧树脂纳米结构形成机理  45-48
    3.3.4 含嵌段共聚物PCL-b-PPO-b-PCL 的环氧树脂的热性能  48-49
    3.3.5 含嵌段共聚物PCL-b-PPO-b-PCL 的环氧树脂的断裂韧性测试  49-50
  3.4 本章小结  50-51
  参考文献  51-52
第四章 含反应性端氨基聚环氧丙烷（ATPPO）的纳米结构热固性环氧树脂：制备、结构及其断裂韧性  52-76
  4.1 引言  52-53
  4.2 实验部分  53-55
    4.2.1 实验药品  53
    4.2.2 实验  53
    4.2.3 表征方法  53-55
  4.3 结果与讨论  55-71
    4.3.1 含ATPPO 的热固性环氧树脂的纳米结构  55-59
    4.3.2 含ATPPO 的热固性环氧树脂的纳米结构形成机理  59-64
    4.3.3 热性能和机械性能  64-70
    4.3.4 断裂韧性测试  70-71
  4.4 本章小结  71-72
  参考文献  72-76
全文总结  76-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的论文及研究成果  79-81

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 缩聚类树脂及塑料 > 环氧树脂及塑料
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