受阻酚的聚多态及聚合物/受阻酚阻尼杂化材料的制备

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 22次 | 上传用户:yl1992zhangshu0804
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受阻酚化合物在工业生产上常被用做高聚物的抗氧剂使用。近年以来,人们发现将极性聚合物和适量的受阻酚化合物共混后可以制备具有高阻尼、自修复和形状记忆的阻尼杂化材料。此后,研究者们不断开发出各种具有优异阻尼性能的极性聚合物/受阻酚阻尼杂化材料(以下简称“受阻酚杂化材料”)。但是受阻酚杂化材料的高阻尼机理目前尚不十分清楚,同时在实际使用过程中还存在热稳定性差等缺点。因此该类型材料还不够成熟,尚不具备产业化生产和广泛实际应用的条件。本研究旨在阐明受阻酚杂化材料的阻尼机理,并尽可能解决实际应用中存在的问题。本论文首先考察了无定形态受阻酚的阻尼性能和聚多态性质,并通过与受阻胺和石油树脂等小分子化合物的阻尼性能和分子结构比较,提出了小分子化合物具有高阻尼性能的机理;然后重点研究了受阻酚结晶的形貌和晶体结构;紧接着分别用机械共混法和共溶剂法制备了氢化丁腈橡胶(HNBR)/AO-80阻尼杂化材料,利用各种表征方法对该杂化材料的相容性和阻尼性能进行了系统研究,并对两种方法制备的杂化材料的性质进行了比较;通过对HNBR/AO-80杂化材料的氢键体系的系统分析,讨论了氢键对受阻酚杂化材料性能的影响;最后针对受阻酚杂化材料在使用时热稳定性差的问题,提出两种解决办法。热分析表明:受阻酚和受阻胺是聚多态物质。动态力学分析表明:石油树脂和无定形态的受阻酚化合物的动态力学性能最好。有机小分子化合物具有高的动态力学性能是由其分子链长度和自身固有的分子结构所决定。无定形受阻酚在聚合物基体中结晶会导致材料阻尼性能下降,因此有必要对无定形受阻酚的结晶行为进行研究。在一定温度范围内,无定形受阻酚可等温结晶生成不同类型的晶体。随着结晶温度变化,晶体的表面形貌也随之发生变化。无定形的AO-60和AO-70可结晶生成倒料斗晶体。扫描电子显微镜和原子力显微镜显示倒料斗晶体具有三个形貌特征:凹陷,台阶和边缘的凸起。无定形的AO-80可在90-70℃范围内等温结晶生成球晶和环带球晶,在100-90℃范围内等温结晶生成花瓣状晶体。无定形AO-70在室温下的结晶能力远强于无定形的AO-60和AO-80。通过机械共混法和共溶剂法制备了HNBR/AO-80阻尼杂化材料,动态力学分析表明:受阻酚化合物AO-80的加入能显著改善HNBR的阻尼性能。微观形貌分析和热分析证明:当AO-80含量高时,HNBR与AO-80完全相容;当AO-80含量较低时,它以无定形微球相均匀分散在HNBR基体内。当AO-80添加量较小时,共溶剂法制备的样品也同样能观察到微球相。无定形AO-80微球相是受热力学性质支配的必然结果。为了解释HNBR/AO-80杂化材料相容性的反常行为,进一步对体系的氢键进行了研究。红外光谱和紫外光谱证明:AO-80和HNBR的两元杂化体系存在广泛的氢键。AO-80的酯基和HNBR的腈基能与AO-80的酚羟基分别形成组分内氢键和组分间氢键。仅当AO-80含量较高(大于10phr)的情况下,组分间氢键才能形成。组分间氢键对于改善杂化材料的相容性和阻尼性能起到了关键作用。但由于组分内氢键的大量存在,HNBR/AO-80杂化材料并不处于热力学意义上的最终稳态。受阻酚化合物AO-80的弹性是由氢键诱导的分子间自组装行为引起的。以HNBR/AO-80杂化材料为例,尝试解决受阻酚杂化材料热稳定性差的问题。当AO-80含量较低时,HNBR/AO-80杂化材料在室温下的热稳定性较好;当AO-80含量较高时,HNBR/AO-80杂化材料在室温下的热稳定性较差。通过将基体硫化交联和形成三元杂化体系,HNBR/AO-80杂化材料的热稳定性可得到显著提高。硫化的HNBR/AO-70/AO-80 (100/25/25)阻尼杂化材料具有较好的阻尼性能,很好的热稳定性和自粘附的性能,且阻尼温域可控,具有高的实际应用价值。
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