POSS基含磷共聚物改性環(huán)氧樹脂的研究.pdf

1、高度交聯(lián)的固化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得環(huán)氧樹脂制品的質(zhì)地較脆;與大多數(shù)高分子材料一樣，環(huán)氧樹脂主要組成元素為C、H、O，屬于可燃材料。韌性和阻燃性能的不足限制了它更為廣闊的用途。POSS是單納米尺度的有機/無機雜化分子，它能夠納米增強基體樹脂，無機的Si-O-Si結(jié)構(gòu)可提高基體的熱性能。磷、硅協(xié)同阻燃因高效、無鹵、環(huán)保而備受研究者重視。本文合成了POSS基含磷無規(guī)共聚物P(MAiBuPOSS-co-HEP-co-HEMA)，并用于改性環(huán)氧樹脂;合成

2、了POSS基含磷嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PHEPO，并用于納米構(gòu)筑環(huán)氧樹脂。
　　1.通過調(diào)節(jié)單體的投料比合成了不同Si、P元素含量的三元無規(guī)共聚物P(MAiBuPOSS-co-HEP-co-HEMA)。核磁共振波譜(NMR)、紅外光譜(FTIR)等對各聚合物的結(jié)構(gòu)、分子量、元素種類和含量的測試結(jié)果證明各聚合物的成功合成。聚合物加入到雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51中，固化得到改性環(huán)氧樹脂。Si、P元素含量比為2∶1的聚合物P

3、1與環(huán)氧樹脂不相容，出現(xiàn)宏觀相分離;Si、P元素含量比分別為1∶1、1∶2、1∶3的聚合物P2、P3、P4以及分子量較大的聚合物P5與環(huán)氧樹脂相容性較好，固化樣條透明。斷面掃描電鏡圖、動態(tài)熱機械曲線(DMA)、三點彎曲測試結(jié)果說明聚合物P1和P5降低了環(huán)氧基體的力學(xué)性能;而聚合物P2、P3、P4改善了環(huán)氧基體的力學(xué)性能。DSC曲線表明這些聚合物改性環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)都升高，熱失重(TGA)曲線表明這些聚合物的加入普遍提高了

4、環(huán)氧樹脂的殘?zhí)苛?，降低了熱分解溫度。氧指?shù)的測試結(jié)果表明聚合物P2和P5改性環(huán)氧樹脂的氧指數(shù)高于相同添加量的其它聚合物。
　　2.MAiBuPOSS在鏈轉(zhuǎn)移劑CDB作用下，通過RAFT聚合得到PMAiBuPOSS;以含磷單體HEPO通過RAFT聚合進行擴鏈得到嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PHEPO。1H NMR、31P NMR、FTIR、GPC對聚合物的測試結(jié)果表明PMAiBuPOSS-b-PHEPO的成功合成。此外，合成

5、了聚合物PMAiBuPOSS、PHEPO和P(MAiBuPOSS-co-HEPO)。各聚合物按一定的量添加到環(huán)氧樹脂中，固化得到各改性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。經(jīng)溶劑刻蝕后的斷面掃描電鏡圖驗證了PMAiBuPOSS-b-PHEPO在環(huán)氧基體中的自組裝。DSC測試改性環(huán)氧樹脂的Tg都有所升高，DMA的測試結(jié)果驗證了這一結(jié)果。TGA曲線表明加入各聚合物使得環(huán)氧樹脂的初始分解溫度(Td)下降，最大質(zhì)量損失速率對應(yīng)的溫度(Tmax)下降，最大質(zhì)量損失速

6、率下降，殘?zhí)苛吭黾?。隨著PMAiBuPOSS-b-PHEPO添加量的增大，其改性環(huán)氧樹脂液氮淬斷斷面出現(xiàn)拔絲現(xiàn)象，DMA曲線和三點彎曲測試表明5 wt％添加量的PMAiBuPOSS-b-PHEPO改性環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能最佳，玻璃態(tài)模量較純環(huán)氧樹脂增加了60.77％，橡膠態(tài)模量增加了99.78％，三點彎曲最大應(yīng)力增大了15MPa，斷裂點應(yīng)變增大了2.67％。5wt％添加量的PMAiBuPOSS-b-PHEPO改性環(huán)氧樹脂的氧指數(shù)為33.0