含氟丙烯酸酯类聚合物制备及其改性环氧研究

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环氧树脂是一类重要的热固性树脂,具备优良的粘接性、耐磨性、机械性、电绝缘、化学稳定、耐高低温、易加工成型和成本低廉等性能优点,在胶粘剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到了广泛应用。但环氧树脂固化后交联密度高,存在内应力大、质脆,耐冲击性、耐开裂性和耐湿热性较差等性能缺点,限制了它在某些高技术领域的应用,对其改性需求也是近几年的研究热点之一。  含氟丙烯酸酯类聚合物虽然兼具了有机氟优异的防水、防油、防污、耐候性和丙烯酸酯类高分子柔韧性、附着力好,成膜性优异、原料易得、制法简单、成本低等性能,但其机械性能却不甚理想。根据高分子结构与性能关系原理,将其引入环氧树脂(E51)改性,既可保留环氧树脂(E51)的固有优点,又可赋予其含氟丙烯酸酯聚合物的优良性能,制备出附着力、平整性、耐水、耐溶剂、耐热和韧性等综合性能大大提高的改性环氧材料,应用前景广阔。  本文通过不同的自由基聚合法,合成了不同链结构的含氟丙烯酸酯聚合物,比如合成了无规聚合物聚甲基丙烯酸六氟丁酯-r-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PHFMA-r-PGMA)、二嵌段聚合物聚甲基丙烯酸六氟丁酯-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PHFMA-b-PGMA)、三嵌段聚合物聚甲基丙烯酸六氟丁酯-b-聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PHFMA-b-PMMA-b-PGMA)、具端反应活性含氟丙烯酸酯端羧基聚甲基丙烯酸六氟丁酯(PHFMA-COOH)、接枝共聚物聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-g-聚甲基丙烯酸六氟丁酯(PGMA-g-PHFMA),并将其用于环氧树脂(E51)的改性研究,主要研究内容和结果如下:  1.用普通自由基聚合法(CFRP)成功合成了高含氟量的无规聚合物聚甲基丙烯酸六氟丁酯-r-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PHFMA-r-PGMA)并用于环氧树脂(E51)改性。研究结果表明:引入PHFMA-r-PGMA能够提高环氧固化物的表面接触角和表面稳定性,能获得更好的热性能,能在一定程度上改善环氧的机械性能。  2.用电子活化再生原子转移自由基聚合法(AGET ATRP)成功合成了低含氟量的二嵌段聚合物聚甲基丙烯酸六氟丁酯-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PHFMA-b-PGMA),接触角和XPS表征结果表明:PHFMA-b-PGMA比PHFMA-r-PGMA表面接触角更大,比PHFMA-r-PGMA和PHFMA的表面稳定性都好;TEM揭示了PHFMA-b-PGMA在水中的自组装行为。将其用于环氧(E51)改性,结果表明:引入PHFMA-b-PGMA能显著提高环氧固化物的表面接触角,表面稳定性良好,能获得更好的热性能和机械性能。  3.用电子活化再生原子转移自由基聚合法(AGET ATRP)成功合成了三嵌段聚合物聚甲基丙烯酸六氟丁酯-b-聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PHFMA-b-PMMA-b-PGMA),接触角和XPS的表征结果表明:PHFMA-b-PMMA-b-PGMA的表面接触角与表面氟含量密切相关,其表面稳定性良好;TEM揭示了PHFMA-b-PMMA-b-PGMA在水中的自组装行为。将其用于环氧(E51)改性,结果表明:引入PHFMA-b-PMMA-b-PGMA后,环氧固化物表面接触角会随三嵌段聚合物中HFMA单元重复数的增大而略有降低,会随MMA单元重复数的增大而增大;其经水浸后表面稳定性改善不大,经受热处理后表面稳定性良好;但其热性能和机械性能均较纯环氧有所下降。  4.用自由基聚合法合成了具端反应活性含氟丙烯酸酯PHFMA-COOH,分别用预聚和直接共混两种改性方法,将其用于环氧(E51)改性,改性结果表明:两种改性方法均能有效改善环氧固化物的表面性能,对改善热性能也有一定作用,但对机械性能改善几乎没作用。  5.用自由基聚合法成功合成了含氟支化共聚物PGMA-g-PHFMA,将其用于环氧(E51)改性,结果表明:引入PGMA-g-PHFMA,能较大程度改善固化物的表面性能,能提升固化物热性能,但机械性能会变差。
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