苯并噁嗪树脂基纳米复合材料的制备、结构与性能研究

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1、苯并唔嗪树脂基纳米复合材料的制备、结构与性能研究摘要聚苯并嗯嗪作为一类新型热固型树脂，具有很多优异性能，其是在传统酚醛树脂的基础上发展起来的。随着社会的发展，对材料性能的要求也不断提高，苯并嗯嗪树脂作为高性能材料，其综合性能有待进一步提高。目前，对于树脂进行纳米改性是提高其性能的最为有效的手段之一，所以本文分别选用有机蒙脱土(0MMT)，多壁碳纳米管(MwN弧)和多面体低聚硅倍半氧烷(POss)作为增强相，对苯并嗯嗪树脂进行纳米改性研究。本文首先利用原位法，首次研究了OMMT的引入对一种含有反应

2、性烯丙基基团的新型苯并嚼嗪——双(3．烯丙基一3，4一二氢一2H一1，3一苯并曝嗪基)异丙烷(ABz)的合成，固化行为及最终固化产物(PABz)性能的影响，制备出了PAJ3Z／OⅦvrI’纳米复合材料。oMMT的引入对于ABz单体的合成、固化温度没有明显的影响；但对体系中烯丙基交联有阻碍作用，使固化反应放热下降。与纯基体树脂相比，PABz／0MMT纳米复合材料的储能模量，玻璃化转变温度和耐热性都有所提高。纳米复合材料的性能与蒙脱土的含量有密切关系，最佳蒙脱土含量为O．5～2％。本文首次利用多壁碳

3、纳米管(MwNTS)对于苯并嗯嗪树脂进行改性。选择基于双(3．苯基．3，4．二氢化．2H-1，3一苯并嗯嗪基)取代异丙烷这种单体(Bz)的聚合物为基体树脂(PBz)。为了增强碳纳米管与基体树脂之间作用，首先对Mw卜m进行了表面氧化处理，使其表面带有含氧基团(如羟基，羧基等)，进一步改性，使得异氰酸酯基团引入到碳管的表面；为了使碳管在基材中获得良好的分散，采用超声处理的手段。通过改性Mm的引入，可使Bz单体的固化温度降低；碳管表面的异氰酸酯基团可以与嗯嗪开环所产生的酚羟基反应，形成的化学键改善了两

4、者的相容性，增强了相互作用。与基体树脂PBz相比，PBz／MwNl’S纳米复合材料的储能模量大幅提高，玻璃化转变温度向高温方向移动。当碳管的含量大于1．5％后，由于有轻微团聚现象产生，复合材料的性能出现下降趋势。嗯唑啉化合物是一类含有碳、氮、氧及碳氮双键的五元杂化化合物，因其在一定温度下能与羧基、酸酐、氨基、环氧基、酚羟基、异氰酸根等进行开环反应，所以双噫唑啉化合物常作为高聚物的扩链剂和交联剂。本文利用2，2’．(1，3．亚苯基)．双(4，5．二氢化一嗯唑)(PB0)对Bz进行改性研究，随着PB

5、0含量的增大，体系的低温段储能模量升高；当PBO与Bz的摩尔比为O．4：l时PBz．pB0体系的玻璃化转变温度最高，当摩尔比小于O．8：l时，PBz—PB0体系的耐热性随着PBo含量的增加而得到提高。选择PB0与Bz的摩尔比为O．8：l的体系作为基体树脂，利用熔融法首次制备了其与有机蒙脱土(oI旧盯)的纳米复合材料。0MMT的引入使得Bz—PB0共混体系的起始固化温度下降，峰值和终止固化温度基本不变。与基体树脂PBz—PB0相比，随着0MMT含量的增加，PBz—PBo／0M^盯纳米复合材料的储能

6、模量，玻璃化转变温度提高，耐热性能得到改善。POSS被认为是目前唯一的杂化纳米化学填料，基于PoSs的有机一无机纳米杂化材料显示出了极优良的热性能和力学性能，而引起极大关注。苯并嗯嗪树脂／POSS复合材料制备过程中的最大问题是POSS分子与苯并嗯嗪单体的相容性差。本文首次通过加入第三组分——双嗯唑啉，改善了POSs分子与嗯嗪树脂间的相容性，增强了两者之间的作用，利用溶液法制备了新型聚苯并嗯嗪一双嚼唑啉／苯胺基POSS纳II米杂化材料，随着0ApS含量的增大，纳米复合材料的储能模量增大，并且能够在

7、较离温度下仍然保持基本不变，玻璃化转变温度瞬最提高，耐热性能也得到改善。通过Kissinger方程和差减微分法对Bz．PBO，BZ。PBO／OMM善和Bz。PBO／OAPs三种固化体系的非等滠固化行为首次进行了研究，求得了各凰化体系在不同丹涅速率下的固化反应活化能和反瘦级数。OMMT的弓l入使得基体树脂的固化温度范围交宽，与Bz．PBO相比，BZ．PBO／oMMT涸化体系的固化速度比较慢，显变化相对平稳。Bz．PB0／OMMT体系的固化反应活化能和反应级数要明显低于Bz．pB0。Bz—PB0和B

8、Z．PBo，OAPS两个固化体系，不阿升温速率下起始阉化温度(Ti)，峰值固化湿度(即)及终止固化温度(Tf)都很接近。相阉升温速率下，Bz．PB0／0APS体系的霾化反应级数大于Bz—P80体系的。关键词：苯并嚼嗪，蒙脱土，多壁碳纳米篱，多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)，双嗯唑啉，纳米复合材料，固化反应动力学{lI北京化工人学博士学位论文STUDYONTHEPREPARATIoN．STRUCTUREANDPROPERTIESoFTHENANOCoMPoSITESBASEDoNTHEPoLVBE