可降解型环氧树脂的制备与性能研究

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环氧树脂作为工程材料,普遍用于电工电子、航空航天、机械建筑等领域。同时,该材料的后处理或回收问题受到研究者的极大关注。故此,本研究尝试制备可降解环氧树脂,并研究其结构和性能。(1)星形聚己内酯(s-PCL)是以端羟基环三磷腈衍生物为引发剂,单体己内酯经开环聚合获得。将其添加到环氧前驱体中加热至熔融,再添入适量的胺类固化剂(4,4’-亚甲基双(2-氯苯胺):MOCA或4,4’-二氨基二苯砜:DDS),固化后得环氧树脂。研究结果如下:从固化产物的光学照片及其断面的扫描电镜图观察到,星形聚己内酯在MOCA固化产物中完全相容,未发生相分离,断面光滑,而其在DDS固化产物中则不能完全相容,出现相分离,且断面有着明显分相结构;经XRD确认,星形聚己内酯在MOCA固化的树脂中以非晶态形成存在,而在DDS固化物中当含有40 wt%s-PCL时,部分s-PCL以晶态形式存在,结晶度约为9%;DMA结果表明,对于MOCA固化产物,材料的转变温度随聚己内酯含量增加,而减小,而对于DDS固化物,由于还受到s-PCL结晶行为的影响使得情况稍加复杂;样品在碱液(10%NaOH水溶液)降解30天后在扫描电镜观察发现,降解后的样品表面粗糙,出现较大且不规则孔洞或者凹槽,表明材料在碱液中可以逐步发生降解,并且在相同条件下MOCA固化产物的降解程度比DDS固化产物的降解程度更加显著。(2)将不同化学计量比的乙烯基聚硅氮烷(PSN1)作为固化剂加入到环氧前驱体中固化得环氧树脂。在电镜下观察到样品断面光滑,仅有少量裂纹,无相分离,;三点弯曲结果显示,随着聚硅氮烷含量增加,固化产物的弯曲强度、弯曲模量以及值总体趋于下降;DMA曲线表明,5号样品的转变温度最低,为103.3 oC。此外,材料的储能模量和转变温度受聚硅氮烷含量影响较大;电镜观察到样品在碱液降解一段时间后表面变粗糙,凹凸不平,有小凹槽或孔洞。(3)不同分子量的端羟基聚己内酯是以乙二醇为引发剂,单体经开环聚合获得。其双端羟基在催化剂的作用下与乙二醇二缩水甘油醚双环氧基发生开环,制备以聚己内酯为骨架的环氧树脂。XRD结果显示交联结构和PCL分子量对其结晶行为均产生影响,当分子量较小时(约小于1660时),其在交联结构中以非晶态存在,当分子量增大到2110时,XRD曲线上开始出现微弱的PCL结晶衍射峰,分子量再增大时,曲线上存在尖锐的结晶峰;由于该树脂骨架结构中含很多酯基,其浸泡在碱液中可在短时间内发生明显的质量变化。
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