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热固性树脂是一类具有三维交联网状结构的聚合物材料,具有硬度高、耐腐蚀、粘接强度高、热稳定性好等显著优点,广泛应用于机械、电器、航空、胶粘剂、涂料等领域。但是热固性树脂也有其本身固有的缺陷,例如,由于交联密度高热固性环氧树脂韧性较差进而限制了环氧树脂的应用范围,因此热固性树脂的改性成为近年来的研究热点。传统的热固性环氧树脂的增韧方法主要有弹性体增韧环氧树脂和热塑性塑料增韧,在这种改性方法中,改性剂以微米的尺度分散在热固性树脂中。而近来人们发现在多组分热固性树脂中纳米结构的形成可以优化树脂基体与改性剂之间的相互作用,从而使材料的性能显著提高,因此制备纳米结构的热固性树脂成为人们追求的目标。近年来,人们发现利用两亲性嵌段聚合物可以很方便的制备纳米结构的热固性树脂。 利用两亲性嵌段聚合物制备纳米结构的热固性树脂主要有自组装和反应诱致微相分离两种方法。近年来,大量研究工作报道了运用各种嵌段共聚物通过这两种机理得到了纳米结构的热固性树脂,本课题组也做了广泛而深入的研究。但是在本领域内有很多基本问题仍待解决。在这种背景下本论文采用活性聚合等手段合成了各种结构的两亲性聚合物,并将其引入热固性树脂,研究了纳米结构的形成、调控及对复合材料性能的影响。 1.运用两亲性嵌段共聚物在热固性树脂中的自组装制备纳米结构的热固性苯并噁嗪树脂 以黄原酸酯封端的聚二甲基硅氧烷为大分子链转移剂,用可逆加成-断裂-链转移聚合(RAFT)的方法合成了聚(N-乙烯基吡咯烷酮)-block-聚二甲基硅氧烷-block-聚(N-乙烯基吡咯烷酮)PVPy-b-PDMS-b-PVPy两亲性的三嵌段共聚物,并将其引入热固性苯并噁嗪树脂,通过自组装的方法得到了具有纳米结构的热固性苯并噁嗪树脂。 2.运用两亲性嵌段共聚物在热固性树脂中的反应诱致微相分离制备纳米结构的热固性树脂及其形态的调控 使用了一种简便的通过二硫化二异丙基黄原酸酯(DIP)调节的序列自由基聚合的方法合成了聚甲基丙烯酸甲酯-block-聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PMMA-b-PVPy)两嵌段共聚物。然后将PMMA-b-PVPy两嵌段共聚物引入热固性苯并噁嗪树脂,通过反应诱致微相分离的方法得到了具有纳米结构的聚苯并噁嗪热固性树脂。 运用开环聚合和原子转移自由基聚合(ATRP)合成了一系列聚己内酯(PCL)分子量相同而聚苯乙烯(PS)分子量不同的PCL-b-PS两嵌段共聚物,将其引入热固性环氧树脂,通过反应诱致微相分离的机理得到了纳米结构的热固性环氧树脂。保持PS在热固性树脂中的含量相同,研究了两嵌段共聚物PCL-b-PS在热固性环氧树脂中随PS分子量变化而引起的纳米结构的变化。 3.热固性树脂中结晶性纳米微相的形成 运用开环易位聚合和开环聚合合成了三嵌段共聚物PCL-b-PE-b-PCL,将其引入环氧树脂通过自组装得到了含有 PE纳米微相的热固性环氧树脂。通过透射电子显微镜(TEM),小角X-射线散射(SAXS)和动态机械热力学分析(DMTA)等手段证实了环氧树脂中PE纳米微相的形成。广角X射线衍射(XRD)的结果表明PE纳米微相的形成并没有改变晶体的结构。我们研究了PE微相的结晶行为,并证实了PE微相在热固性环氧树脂中的结晶行为为受限结晶,我们通过微相间的联系和环氧树脂基体的交联结构进行了解释 4.两亲性刷型无规共聚物的合成及其用于具有纳米结构的热固性环氧树脂的制备 用RAFT结合开环聚合(ROP)的方法合成了聚(甲基丙烯酰氧丙基聚二甲基硅氧烷)-r-聚己内酯分子刷,然后将其引入环氧树脂得到了纳米结构的热固性树脂,然后将其引入环氧树脂,通过TEM和SAXS研究其在环氧树脂中的自组装行为,证明了纳米机构的形成。通过力学测试和静态接触角测试我们研究了纳米结构热固性树脂的断裂韧性和表面性能。 5.两亲性刷型无规共聚物的合成及其用于具有纳米结构的热固性环氧树脂的制备 合成了两种线型的分子量相近含多面齐聚倍半硅氧烷(POSS)的两亲性聚合物POSS-PCL22和PCL11-POSS-PCL11,并与热固性环氧树脂共混,研究了拓扑结构对共混体系微结构和性能的影响。 运用开环聚合和click反应,合成了POSS封端的聚己内酯瓶刷,同时运用开环聚合和巯基乙烯基加成反应合成了聚己内酯分子量相近的POSS封端的星型聚己内酯,然后将两种有机无机两亲性聚合物引入环氧树脂,对其在热固性环氧树脂中形成的纳米结构进行了比较。 6.运用双官能度的POSS制备有机无机杂化纳米结构的热固性复合材料 合成了两官能度的POSS大单体(3,13-二缩水甘油醚氧丙基双甲板倍半硅氧烷)来改性PBZ热固性树脂。用透射电子显微镜(TEM)研究了有机无机杂化的纳米材料的微观结构,并通过动态热力学分析(DMTA)、热失重分析(TGA)和接触角测试对热力学性能和表面性能做了分析。