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基于结构-性能关系对环氧聚合体系的研究和发展,一直以来都是高分子材料领域热点。通过对环氧单体或其用固化剂进行结构改性,来实现环氧聚合物的功能化,是其作为新材料和创新性研究和发展的最为重要的方面。本文旨在研究适合电子工业用的高性能环氧聚合体系。由此制备了几类新型的固化剂和环氧树脂,研究了分子设计下的化学结构与树脂体系性能之间的关系,主要内容有:
1.通过类Mannich反应合成了两种新型的含磷固化剂,采用FT-IR,1HNMR,31p NMR,MS和EA等手段,对其结构了进行了明确的表征。通过与商用的环氧树脂(DGEBA)进行固化,成功地将磷引入到了环氧聚合物的分子骨架上。采用DSC,TGA和LOI等方法,研究了聚合物的热性能和阻燃性能。此外,根据Kissinger方程,模拟并计算出了聚合物的热分解活化能。结果表明,相较于不含磷的聚合物,含磷聚合物的玻璃化温度(Tg)得到了明显地提升,起始分解温度(Td)下降,700℃下的残渣率增大了。LOI数据表明,由于磷的引入,成功地实现了对环氧树脂体系的阻燃改性。
2.通过分子设计的方法,利用易得的磷原料和成熟的化学反应,合成了一类含磷的环氧树脂,表征了其化学结构。对该环氧树脂,使用了不同的胺类固化剂,对其固化反应进行了研究,固化反应条件得到了优化。研究表明该环氧固化物具有较高的Tg,良好的热稳定性和热氧化稳定性。由于磷的引入,含磷环氧体系表现出了优异的阻燃性。研究结果可以认为,该含磷环氧在实现聚合物高阻燃性的同时,也使得环氧聚合物的耐热性得到了一定的提升。
3.通过胺醛的缩合反应,得到了一种Schiff碱型液晶环氧。研究了该环氧的液晶转变行为。研究了Schiff碱基团在该环氧-胺固化反应中的特殊效应,发现了一个奇异的固化反应过程,这是在Schiff碱型环氧的研究中未曾报道过的,于是对其反应机理提出了大胆的假设,并对其进行了实验论证。利用该反应机理,在特定的条件下,把该类液晶环氧出现的近晶相和向列相结构,通过环氧聚合形成的网络交联结构固定下来,形成聚合物分散液晶(PDLC)。而这类聚合物分散液晶,可以作为光电转换器件来应用,如反射型显示器、光学开关和非线性光学材料等。
4.在研究了Schiff碱基团对聚合反应的特殊效应以外,还研究了Schiff碱基团对聚合物的热分解行为,如聚合物的热稳定性、热氧化稳定性、热分解机理和成碳作用的影响。通过该型环氧与笼型多面体低聚倍半硅氧烷环氧(PolyhedralOligomeric Silsesquioxane,简称EP-POSS)的复合,并采用4代端氨基的超支化Poly(amido amine)dendrimers(PAMAM)树形分子作固化剂,研究发现该型环氧/POSS杂化材料具有良好的热性能和力学性能等。
5.本文以芴为原料开始合成制备了双酚芴环氧(EP-F),并对其结构进行了较为明确的表征。采用A2+B3单体和A2+B2+B3单体方法合成了两种端氨基超支化聚酰亚胺(HBPIs),对其结构和溶解性能进行了表征。其中采用一种含磷的二元胺作为B2单体(MBPPOA),在超支化结构中引入较多的线形结构同时,希望磷的引入还可以起到阻燃的作用。通过合成的HBPIs与EP-F的固化反应,得到了一类新型的芴基环氧/HBPI聚合物。采用DSC研究了其固化反应动力学,此外,对聚合物的热性能和阻燃性能也进行了研究。