新型侧链硅氧烷液晶环氧树脂的合成及其性能研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bluegini2008
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侧链硅氧烷液晶聚合物具有较低的玻璃化转变温度(rg)、主链的柔性强、黏度较低、耐热性好和机械强度高等特点,在胶黏剂、防护涂料和生物相容性材料等领域广泛应用。环氧树脂具有良好的加工性能、高度的粘合力、收缩率小、稳定性好、优异的电绝缘性能、高的强度等特性,因而在机械、电子、航天航空、涂料、粘接等领域得到了广泛的应用,但普通的环氧树脂固化后的产物脆性比较大,限制了它的应用发展。侧链硅氧烷液晶环氧树脂融合了硅氧烷的柔性与相容性、液晶的有序性和环氧树脂交联网络的特点,在尺寸稳定性、耐热性和抗冲击性等方面都得以良好体现,并且与普通环氧树脂相比还在机械、热、电、光等方面具有特殊性能,可以说是一种具很大潜力的新型功能材料。本论文设计并合成了四种液晶单体:4-乙氧基苯甲酸-4’-十一烯酸联苯二酚酯(11LY)、4-(((4-(十一碳-10-烯酰氧基)苯基)亚氨基)甲基)苯基4-乙氧基苯甲酸酯(11XF)、4-烯丙氧基苯甲酸胆甾醇(M1)和4’-((4-(烯丙氧基)苯甲酰基)氧基)-[1,1’-联苯]-4-基(4-氰基苯基)己二酸酯(XLJCN)。将单体11LY和烯丙氧基缩水甘油醚(AMO)按不同比例接枝共聚到含氢硅氧烷(PMHS)上,得到P系列液晶环氧聚合物;将单体11XF和AMO按不同比例接枝共聚到PMHS上,得到P’系列液晶环氧聚合物;将单体M1、XLJCN和AMO按不同比例接枝共聚到PMHS上,得到L系列液晶环氧聚合物。本文通过傅里叶变换红外分析仪(FT-IR)和核磁共振仪(1H-NMR)对其分子结构进行表征,采用差示量热扫描分析仪(DSC)和带加热台的偏光显微镜(POM)对其相行为及热性能进行研究,通过热重分析仪(TGA)对液晶环氧聚合物的热稳定性进行了测试,并通过X射线分析(WAXD)对液晶相进行了验证。实验结果表明,四种液晶单体均具有很宽的液晶区间,其中液晶单体M1为胆甾相液晶,液晶相范围为113.7℃-245.8℃,液晶单体11LY、11XF和XLJCN均为向列相液晶单体,其液晶相范围看分别为92.8℃C-212.1℃、88.1℃-242.9℃和 132.5℃-261.1℃;P 系列和 P’系列液晶环氧聚合物均呈现向列相,L系列液晶环氧聚合物为胆甾相,三个系列的液晶环氧聚合物的玻璃化转变温度(Tg)、液晶清亮点温度(Ti)、液晶区间温度(△T)都随AMO(环氧基团)含量的增加呈降低趋势,通过TGA测试表明,三个系列聚合物均具有较好的热稳定性。最后,对P系列和L系列液晶环氧聚合物的热固化行为及固化物性能进行了研究。以DDM作固化剂,根据动态固化表明,随着环氧基团含量的增加,固化体系的放热峰值(Tp)向低温方向转移;随着固化升温速率的增加,固化体系的Tp向高温方向移动。等温固化表明,环氧基团的含量是固化反应速率的主要影响因素。通过POM对固化过程进行观察,可以看到无论是P系列液晶环氧聚合物/DDM体系还是L系列液晶环氧聚合物/DDM体系在固化过程中都产生了彩色液晶织构,但L系列聚合物的固化体系的液晶织构通过交联反应被固定在交联网络中,而P系列没有。采用WAXD对固化后的产物R系列和R’系列环氧树脂进行液晶相态分析,发现R系列和R’系列环氧树脂均保留了原来的液晶相。对R’系列环氧树脂进行DSC测试,发现随着固化体系中环氧基团含量的增加,对应的环氧树脂的Tg呈现升高的变化趋势。此外,还采用TGA对R系列和R’系列环氧树脂进行热失重分析,发现其交联程度越高热稳定性越好。
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