熱固性樹脂中納米尺度上微結構的調控及其材料性能研究.pdf

1、本文通過開環(huán)聚合反應(ROP)、可逆加成-斷裂-鏈轉移自由基聚合反應(RAFT)、原子轉移自由基聚合(ATRP)、開環(huán)易位聚合(ROMP)等聚合方法，結合點擊化學(Click)、酯化反應、還原反應、取代反應、縮聚反應等化學方法設計合成了一系列的AB兩嵌段、ABA三嵌段、超支化、接枝狀等具有不同拓撲結構的兩親性聚合物，并將其用于熱固性樹脂等交聯材料的改性，制備了一系列的具有納米結構熱固性樹脂和凝膠材料。通過調控兩親性共聚物含量、分子量、拓

2、撲結構等有效地調節(jié)了材料的納米結構形態(tài)；并運用小角 X射線散射(SAXS)、原子力顯微鏡(AFM)和透射電子顯微鏡(TEM)等手段研究了材料的納米結構形態(tài)及其形成機理。用動態(tài)力學分析(DMTA)、導熱儀、阻抗分析儀、接觸角分析儀、凝膠行為測試等研究了納米材料的性能，并對材料的結構和性能之間的相互關系進行了較為深入的研究，并取得了以下研究成果。
　　1.通過縮聚反應和ROP聚合成功合成了含?-共軛鏈段的兩親性嵌段共聚物聚己內酯-b-

3、聚3-己基噻吩-b-聚己內酯(PCL-b-P3HT-b-PCL)，并將其引入到熱固性環(huán)氧樹脂中，成功將?-共軛聚3-己基噻吩以納米球(柱)分散在熱固性樹脂的基體中，制備了具有納米結構的熱固性環(huán)氧樹脂。研究發(fā)現：PCL-b-P3HT-b-PCL在環(huán)氧樹脂中是遵循自組裝的機理形成納米結構；介電性能測試表明，在103~107 Hz的外加電場中，隨著PCL-b-P3HT-b-PCL含量的增加，熱固性環(huán)氧樹脂的介電常數(ε)提高而介電損耗(tan

4、δ)幾乎不變，納米結構的熱固性樹脂材料的導熱率系數隨著嵌段含量的增加而增大。
　　2.通過 RAFT聚合和ATRP聚合成功合成了不同拓撲結構的嵌段共聚物聚4-乙烯基吡啶-b-聚苯乙烯(P4VP-b-PS)、聚4-乙烯基吡啶-b-聚苯乙烯-b-聚4-乙烯基吡啶(P4VP-b-PS-b-P4VP)、聚苯乙烯-b-聚4-乙烯基吡啶-b-聚苯乙烯(PS-b-P4VP-b-PS)和聚苯乙烯-b-(聚4-乙烯基吡啶)2[PS-b-(P4VP)

5、2],分別將其混入熱固性酚醛樹脂中，成功制得了具有球狀和蠕蟲狀納米微相結構的熱固性酚醛樹脂。并以納米結構的熱固性酚醛樹脂為前驅體成功的制備了不同形態(tài)結構的多孔碳材料。研究發(fā)現通過調控嵌段共聚物的構造成功調控酚醛樹脂的納米結構，進而調控多孔碳的納米結構。
　　3.運用ROP和ATRP等反應相結合的方法，合成了含聚己內酯和聚苯乙烯鏈段的AB2型大分子單體[alkynyl-PCL-b-(PS-N3)2]，再通過大分子單體自身進行 Cli

6、ck化學反應，合成了超支化聚合物 h-P[PCL-b-(PS)2]。并將其加到環(huán)氧樹脂之中成功制備了納米結構的熱固性環(huán)氧樹脂，研究發(fā)現，h-P[PCL-b-(PS)2]遵循反應誘致微相分離機理在熱固性環(huán)氧樹脂中形成納米結構。
　　4.結合RAFT和ROMP等化學合成方法成功合成了無規(guī)的接枝聚合物聚(聚氧化乙烯-r-聚苯乙烯)[P(NB-PS-r-NB-PEO)]。對P(NB-PS-r-NB-PEO)在水溶液中的自組裝行為進行了研究

7、，發(fā)現組裝體尺寸大于一般的線性嵌段共聚物的組裝體尺寸，進一步將P(NB-PS-r-NB-PEO)混入熱固性環(huán)氧樹脂，遵循反應誘致微相分離機理成功制備了具有球形(或蠕蟲)納米結構的熱固性環(huán)氧樹脂。通過 ATRP聚合方式，合成了接枝聚合物聚(偏氟乙烯-三氟氯乙烯)-g-聚甲基丙烯酸甲酯[P(VDF-CTFE)-g-PMMA]，并將其混入熱固性環(huán)氧樹脂中制備了具有“球狀”納米結構的樹脂材料，研究發(fā)現隨著接枝聚合物含量的增加，納米結構熱固性環(huán)氧

8、樹脂的表面疏水性能較純環(huán)氧樹脂有大幅提高，但受接枝聚合物含量變化的影響較小，另外隨著[P(VDF-CTFE)-g-PMMA]含量的增加，納米結構環(huán)氧樹脂的介電常數得以提高而介電損耗基本不變。
　　5.通過RAFT聚合方法設計合成了具有納米結構的聚N-異丙基丙烯酰胺-b-聚對苯乙烯磺酸鈉(PNIPAM-b-PSSNa)和聚 N-異丙基丙烯酰胺-g-聚對苯乙烯磺酸鈉(PNIPAM-g-PSSNa)交聯網絡水凝膠。將親水性的聚電解質PS