聚醚增韌環氧樹脂原料制備有解
超支化聚合物(HBP)的重要特征是其支化重復單元的極高支化度,以及聚合物核殼結構表面帶有的大量功能性端基。由于高度支化的結構阻止了鏈纏結的發生,超支化聚合物通常在熔融態或溶液中顯示出較低的黏度。超支化聚合物的性能主要受數目眾多的端基影響,因此進行端基改性可以得到不同用途的超支化聚合物。近業界開展了反應性核殼超支化嵌段共聚醚增韌環氧樹脂的實驗,目的是利用環氧丙醇與氧化丙烯的陰離子開環共聚制備納米新的洋蔥型超支化聚醚,以用作熱固性樹脂的新型柔軟劑和增韌劑。為了獲得良好的相容性、較低的黏度、較好的界面附著力以及相分離等性能,重點研究了超支化聚醚的極性和活性設計。在這一實驗中原材料的制備十分關鍵。
原材料到位后先是制備端基改性。第1步制備36P21和35P26:將200g(12.0mmol;1.03 mol羥摹)超支化嵌段共聚物與83g(0.50mol)對羥基苯甲酸乙酯混合后加熱至160℃,恒溫反應14d。連續通人氮氣以帶走反應中產生的乙醇;羥基苯甲酸乙酯的用量可以使49%的端羥基轉化為酚基。加入2.0mL二月桂酸二丁基錫(DBTDL.2.1g,O.5%質量分數)作為催化劑;得到的高黏產物36P21減壓脫氣,然后取57g(2.6mmol;0.24 mol羥基)酚基官能化HBP 36P21與16.4g(0.055mol)硬脂酸甲酯、0.3mL催化劑DBTDL(0.3g,0.4%質量分數),在160℃恒溫反應6d。采用化學計量以控制端基轉化率為24.2%,理論上終在超支化嵌段共聚物端基上引人21個烷基鏈;初始階段形成非均相混合物,ld以后非均相混合物成為單相體系。得到的黃色高黏液態產物35P26經減壓脫氣。
第1步制備22E22和6E40:為了引人初級活性環氧端基,將139g(8.05mmol;0.10mol酚基)酚基官能化嵌段共聚物36P21溶解于1.5L DMF,然后加入194g(1.4mol)無水K2C03和110mL(130g,1.4mol)環氧氯丙烷;該活性混合物在機械攪拌、氮氣氛條件下,于60℃恒溫反應10h,濾除反應產物中的無機鹽,然后減壓蒸餾脫除溶劑,用二氯甲烷溶解殘留物并水洗3次;用無水MgS04干燥有機相,經真空脫除溶劑后得到黏稠的淡黃色油狀產物22E22。第3步制備PPO 6E4:為了進行對比實驗,將六臂星型聚氧化丙烯/氧化乙烯嵌段共聚物Baygal的端羥基完全轉化成酚基,隨后采用與上述合成超支化嵌段共聚物相同的方法,將這些酚基環氧化,后得到環氧官能化六臂星型PPO 6E4,它是黏稠的黃色液態產物。
第4步制備 18E31,過程:將130g(7.6 mmol;O.67mol羥基)超支化嵌段共聚物與66g(0.22mol)硬脂酸甲酯、1.4g催化劑DBTDL(O.5%),在160℃恒溫反應8d;連續通人氮氣帶走反應中生成的甲醇。硬脂酸甲酯的用量可以對超支化嵌段共聚物上33%的端羥基進行改性。得到的黏稠產物經真空脫氣,然后用47g(0.28mol)對羥基苯甲酸乙酯對其進一步改性,所采用的方法同上面對36P21的改性方法相同;對羥基苯甲酸乙酯的用量可以對超支化嵌段共聚物42%的初始羥基進行改性;后同前述方法一樣,改性超支化聚合物用環氧氯丙烷進行環氧化,得到黏稠的橙色液態產物“18E31”。
完成上述步驟后進環氧共混物的制備。每種聚合物改性劑各取22.5g與240g雙酚A二縮水甘油醚(Araladite CY225)在Moheni Planimax高速剪切混合器中在1000Pa、80℃的條件下攪拌混合45min,使聚合物充分溶解并減少殘留水分。然后,加入190g六氫苯酐(Hardener HY 925),得到450g混合物。在1000Pa、80℃的條件下再攪拌30min。將得到的樹脂澆注在一個200mm×200mm×4mm的模具中,在120℃固化反應2h,然后在通風干燥箱中140℃恒溫干燥8h,后得到含5%質量分數的聚合物改性劑的環氧共混物。所有含2.5%或5%質量分數的聚合物改性劑的共混物均按這種方法制備。含HBP 35P26的共混物在模具中固化前先在80℃預凝膠18h。對于每種聚合物改性劑,樹脂和固化劑的實際用量根據所用官能化改性劑的活性端基數目分別進行計算。環氧基團(BADGE或改性劑上的)和與其反應的官能團(酐基或酚基)之間的化學計量比始終保持不變。環氧共混物的表征采用文獻中廣泛采用的TEM和力學測試。
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原材料到位后先是制備端基改性。第1步制備36P21和35P26:將200g(12.0mmol;1.03 mol羥摹)超支化嵌段共聚物與83g(0.50mol)對羥基苯甲酸乙酯混合后加熱至160℃,恒溫反應14d。連續通人氮氣以帶走反應中產生的乙醇;羥基苯甲酸乙酯的用量可以使49%的端羥基轉化為酚基。加入2.0mL二月桂酸二丁基錫(DBTDL.2.1g,O.5%質量分數)作為催化劑;得到的高黏產物36P21減壓脫氣,然后取57g(2.6mmol;0.24 mol羥基)酚基官能化HBP 36P21與16.4g(0.055mol)硬脂酸甲酯、0.3mL催化劑DBTDL(0.3g,0.4%質量分數),在160℃恒溫反應6d。采用化學計量以控制端基轉化率為24.2%,理論上終在超支化嵌段共聚物端基上引人21個烷基鏈;初始階段形成非均相混合物,ld以后非均相混合物成為單相體系。得到的黃色高黏液態產物35P26經減壓脫氣。
第1步制備22E22和6E40:為了引人初級活性環氧端基,將139g(8.05mmol;0.10mol酚基)酚基官能化嵌段共聚物36P21溶解于1.5L DMF,然后加入194g(1.4mol)無水K2C03和110mL(130g,1.4mol)環氧氯丙烷;該活性混合物在機械攪拌、氮氣氛條件下,于60℃恒溫反應10h,濾除反應產物中的無機鹽,然后減壓蒸餾脫除溶劑,用二氯甲烷溶解殘留物并水洗3次;用無水MgS04干燥有機相,經真空脫除溶劑后得到黏稠的淡黃色油狀產物22E22。第3步制備PPO 6E4:為了進行對比實驗,將六臂星型聚氧化丙烯/氧化乙烯嵌段共聚物Baygal的端羥基完全轉化成酚基,隨后采用與上述合成超支化嵌段共聚物相同的方法,將這些酚基環氧化,后得到環氧官能化六臂星型PPO 6E4,它是黏稠的黃色液態產物。
第4步制備 18E31,過程:將130g(7.6 mmol;O.67mol羥基)超支化嵌段共聚物與66g(0.22mol)硬脂酸甲酯、1.4g催化劑DBTDL(O.5%),在160℃恒溫反應8d;連續通人氮氣帶走反應中生成的甲醇。硬脂酸甲酯的用量可以對超支化嵌段共聚物上33%的端羥基進行改性。得到的黏稠產物經真空脫氣,然后用47g(0.28mol)對羥基苯甲酸乙酯對其進一步改性,所采用的方法同上面對36P21的改性方法相同;對羥基苯甲酸乙酯的用量可以對超支化嵌段共聚物42%的初始羥基進行改性;后同前述方法一樣,改性超支化聚合物用環氧氯丙烷進行環氧化,得到黏稠的橙色液態產物“18E31”。
完成上述步驟后進環氧共混物的制備。每種聚合物改性劑各取22.5g與240g雙酚A二縮水甘油醚(Araladite CY225)在Moheni Planimax高速剪切混合器中在1000Pa、80℃的條件下攪拌混合45min,使聚合物充分溶解并減少殘留水分。然后,加入190g六氫苯酐(Hardener HY 925),得到450g混合物。在1000Pa、80℃的條件下再攪拌30min。將得到的樹脂澆注在一個200mm×200mm×4mm的模具中,在120℃固化反應2h,然后在通風干燥箱中140℃恒溫干燥8h,后得到含5%質量分數的聚合物改性劑的環氧共混物。所有含2.5%或5%質量分數的聚合物改性劑的共混物均按這種方法制備。含HBP 35P26的共混物在模具中固化前先在80℃預凝膠18h。對于每種聚合物改性劑,樹脂和固化劑的實際用量根據所用官能化改性劑的活性端基數目分別進行計算。環氧基團(BADGE或改性劑上的)和與其反應的官能團(酐基或酚基)之間的化學計量比始終保持不變。環氧共混物的表征采用文獻中廣泛采用的TEM和力學測試。
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