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有机硅改性聚酯树脂的合成及其性能研究

王旭波  
【摘要】: 聚酯树脂因具有良好的机械性能和耐化学腐蚀性能而被广泛应用于许多行业。然而纯聚酯树脂耐热性较差,大大限制了其应用。有机硅树脂是有机硅材料中极其重要的一类,因为它兼具备无机和有机化合物的特点所以有着双重性能,是一种不同与一般有机树脂的特种高分子材料。在不同的改性聚酯树脂中,聚酯树脂与硅树脂的共聚改性被人们所熟知并得到了一定的应用,因为它们的共聚物结合了彼此的优点而具有优异的热稳定性、良好的机械性能和耐有机溶剂性。例如,有些有机硅改性聚酯树脂产品已经被用于涂料行业。 本文以甲基和苯基硅烷为单体,采用共水解缩聚的方法合成了新型耐高温硅树脂,研究了在反应过程中影响水解及性能的因素(包括单体配比、原料滴加方式、水解温度、溶剂组成、反应时间、搅拌速率等),确定了制备所需结构硅树脂的反应条件,并对硅树脂的组成和结构进行了表征。另外,研究了不同R/Si值的硅树脂对金属粘结性能的影响,发现R/Si值小于1.40的硅树脂能够在室温下固化。 采用溶液缩聚的方法,以对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、新戊二醇、一缩二乙二醇和1,1,1-三羟甲基丙烷为单体原料,合成了一类新型的涂料用支化型饱和聚酯树脂。然后采用自制的硅树脂中间体和支化型饱和聚酯树脂通过直接酯化脱水缩合的方法,合成了涂料用的有机硅共聚改性聚酯树脂。通过红外光谱分析、X-射线衍射、差热分析和热重分析等测试手段对改性聚酯树脂的结构、形态和热性能进行了表征。考察了合成工艺路线和有机硅含量对改性聚酯树脂性能的影响。红外谱图分析表明硅树脂已经通过Si-O-C键与聚酯树脂形成了嵌段共聚物。X射线衍射表明,30%有机硅共聚改性聚酯树脂呈现一定的非晶态。随着有机硅含量的增加,改性聚酯树脂的热稳定性逐渐提高。研究发现,在共混和共聚两种改性工艺路线中,共聚改性聚酯树脂的热性能较好。DSC曲线表明,30%有机硅共聚改性聚酯树脂的熔点是294.7℃,可见有机硅的引入改变了聚酯树脂的熔点。 对有机硅改性聚酯树脂的表面自由能和耐水性进行了研究。通过测量蒸馏水和甘油在共聚改性聚酯树脂表面的润湿角,计算了改性聚酯树脂共聚物的表面自由能,并讨论了共聚物组成对其表面自由能和吸水性能的影响。结果表明,共聚物的表面自由能和吸水率随着有机硅含量的增加而下降。研究发现20%的有机硅含量对降低改性聚酯树脂体系的表面自由能最有效。与纯聚酯树脂相比,20%共聚改性聚酯树脂的表面自由能从未改性前57.1mN/m降低到34.7mN/m。这是由于随着有机硅含量增加,当有机硅含量达到20%时,硅树脂会在共聚物表面富集达到一种平衡从而使改性聚酯树脂的表面自由能降低。


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