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新型超支化聚合物的合成与应用研究

寇大凯  
【摘要】:超支化聚合物是具有独特三维分子结构的高分子聚合物,具有低粘度、反应活性高、相容性良好,以及大量的端基可以进一步功能化等优良性能。而端基环氧化的超支化聚合物兼具超支化的分子结构和多官能度的特点。这种超支化环氧聚合物至少应具有的两大优点:(1)超支化聚合物本身的低粘度、多官能度,以及良好的溶解性和热稳定性等;(2)环氧端基的存在而具有的较高环氧值。再加上含有超支化结构的化合物在聚合物共混应用中有效的增韧作用和改善加工工艺性的效果,使得超支化环氧化合物有可能成为一种性能优异的新型功能材料。 本文以二乙醇胺和丙烯酸乙酯为原料,通过Michael加成反应合成了N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸乙酯AB2单体;以季戊四醇为反应中心核, N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸乙酯为单体,用“准一步法”制得了1~5代端羟基超支化聚(胺-酯);并用环氧氯丙烷改性法对其端羟基进行改性,制得了国内鲜有报道的1-5代新型环氧端基超支化聚(胺-酯)。实验过程中进行了红外光谱、气谱联机、粘度、分子量分布、端羟值和环氧值滴定等方法测定并加以分析,测定结果表明:环氧端基超支化聚(胺-酯)粘度在30-554mPa.s之间,远低于同分子量线性分子的粘度;各代聚合物环氧值均较高,在0.288-0.512 mol/100g之间,各代聚合物具有较窄的分子量分布。 本文还考察了3-5代环氧端基超支化聚(胺-酯)改性环氧树脂其固化物的力学、热学性能,结果表明:环氧端基超支化聚(胺-酯)增加了复合材料的冲击强度,提高了材料的韧性。其中第三代环氧端基超支化聚(胺-酯)的加入量为7%时,固化体系的冲击强度提高了96.79%,拉伸强度提高了12.01%。从扫描电镜图中可以看出,环氧端基超支化聚(胺-酯)与环氧树脂之间的相容性非常好,固化后环氧端基超支化聚(胺-酯)在环氧树脂基体中得到了很好的分散,且断面呈现“海-岛”结构特征。环氧端基超支化聚(胺-酯)以微米级分散相(微分散相)的形式均匀分散在环氧树脂基体中,因此在材料受到外界载荷时,微分散相会承担载荷而提高材料的力学性能。但环氧端基超支化聚(胺-酯)的加入对环氧树脂复合材料的热学性能产生一定影响,使得材料的热分解温度下降了15~20℃左右,玻璃化温度下降了7~10℃左右。


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