动态键交联结构对热固性环氧树脂动态性能的影响研究

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环氧树脂具有出色的尺寸稳定性、耐溶剂性和机械性能等,在许多实际应用中是不可替代的,如电子电器、汽车和航天设备等。然而它们稳定的共价三维交联网络,使它们在完全固化后难以再成型、愈合或回收,带来了资源浪费和环境污染等问题。随着动态化学的发展,由于动态键的可逆交换使得动态聚合物链重新排列,赋予热固性材料像热塑性材料一样的再加工、愈合或再循环性能。但目前刚性较强的动态键高分子一般需要苛刻的刺激来表现特性,并且大多数动态键高分子在某一刺激下会丧失材料的稳定性,进而限制其应用。另外动态键高分子的拆卸条件相对苛刻和单一,也大大限制了它们的应用范围。为了平衡动态键高分子材料的动态性能和强度之间的矛盾,为了获得具有可调控的交联结构或者连接方式进而表现出良好的稳定性以及可多重刺激拆解的材料,动态环氧树脂的可控设计和综合应用十分重要。采用单动态的非共价阳离子-π相互作用构建硬质的环氧树脂材料,因其“点-面”结合方式,作用面积大在外刺激作用下解离和重构效率高,开发了中温下显示动态特性的环氧树脂,表现为120℃条件下的可再加工和焊接能力,并且具有38MPa的力学强度,再加工后可恢复到32MPa。阳离子-π的快速去除和重构特性赋予该材料多功能性,如三重形状记忆和张力触发荧光。基于动态非共价阳离子-π的研究基础上,在环氧树脂中引入动态二硫键,设计不同动态键交联结构的双动态环氧树脂,分别研究其交联结构的差异对动态性能的影响。首先通过对功能性单体的选择,制备了动态二硫键和阳离子-π相互作用以并联结构交联的一类“并联互锁”型双动态环氧树脂,该环氧树脂表现出良好的单一刺激稳定性和拆解选择性,实现了单一刺激下聚合物仍具有三维交联的稳定结构,当两种刺激同时作用时,可实现材料的拆解。同时该环氧树脂表现出优异的机械性能(拉伸强度90MPa,储存模量1.37GPa)。其次设计一类功能性的环氧吲哚单体,制备了动态二硫键和阳离子-π相互作用以串联结构交联的一类串联型双动态环氧树脂。该串联型双动态环氧树脂由于动态二硫和阳离子-π相互作用的不同刺激响应,表现出多重刺激拆解性。当调控双酚A环氧树脂(DGEBA)与环氧吲哚(IN)的环氧基团比为2:1时,该环氧树脂不仅具有多重刺激响应降解特性而且具有良好稳定性以及53MPa的力学强度,可在150℃条件下再加工成型。
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