超支化聚膦酸酯的合成及应用

论文摘要

超支化聚膦酸酯（HPPE）作为超支化聚合物的一种,不仅具有超支化聚合物的优良性能,如低粘度、高反应活性、良好的相容性以及大量的端基可以进一步功能化等,而且还具有良好的阻燃性等优点,是一种性能良好的阻燃增韧剂,有望广泛应用于航空航天、电子、信息、能源、交通运输和军事等领域。本论文以苯膦酰二氯（BPOD）为A2单体,三羟甲基丙烷（TMP）为B3单体,采用熔融缩聚法合成了超支化聚膦酸酯。讨论了反应条件,如单体配比、催化剂用量、反应时间等因素对合成反应的影响,并用红外光谱和1H-NMR对其结构进行了表征。合成反应最佳的条件为：A2：B3的摩尔比为1：1,催化剂用量为TMP质量的1%,反应起始温度为70℃,逐渐升温至110℃,氮气气氛下反应4小时。以4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）为固化剂,超支化聚膦酸酯为增韧剂,制备了HPPE/DDM/双酚A型环氧树脂（EP）固化体系。用差示量热扫描法（DSC）确定了环氧树脂的固化温度。采用扫描电镜（SEM）对固化体系的脆断断面进行了观察,探讨了超支化聚膦酸酯增韧EP的增韧机理。利用动态热力学分析（DMA）、热失重分析（TGA）研究了超支化聚膦酸酯环氧树脂固化体系的热性能；研究了超支化聚膦酸酯用量对环氧树脂固化体系的力学性能以及阻燃性的影响,结果表明,加入15%的超支化聚膦酸酯,环氧树脂的拉伸强度和冲击强度分别提高了11.26%和306%,环氧树脂的氧指数从22提高到33。说明超支化聚膦酸酯对EP具有较好的增强增韧和阻燃作用。合成了两种低聚磷酸酯类阻燃剂：间苯二酚（二苯基磷酸酯）（RDP）和双酚A（二苯基磷酸酯）（BDP）,用红外对它们的化学结构进行了表征。并将RDP、BDP用于环氧树脂的改性,用动态力学分析（DMA）、热失重分析（TGA）研究了磷酸酯对环氧树脂固化体系的热性能的影响；同时还研究了磷酸酯的用量对E-51环氧树脂固化体系的力学性能以及阻燃性的影响。比较超支化聚膦酸酯和低聚磷酸酯改性环氧树脂的性能,可以发现超支化聚膦酸酯改性环氧树脂具有良好的增强增韧和阻燃的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 超支化聚合物的发展概况
• 1.2 超支化聚合物的合成方法
• 1.2.1 缩聚法
• 1.2.2 活性聚合
• 1.2.3 开环聚合
• 1.2.4 离子聚合
• 2+B₃型聚合'>1.2.5 A₂+B₃型聚合
• 1.3 超支化聚合物的结构特征及性能
• 1.3.1 超支化聚合物的结构特征
• 1.3.2 超支化聚合物的性能
• 1.4 典型的超支化聚合物
• 1.4.1 超支化聚苯
• 1.4.2 超支化聚酯
• 1.4.3 超支化聚醚
• 1.4.4 超支化聚酰胺
• 1.5 超支化聚合物的应用
• 1.5.1 共聚物
• 1.5.2 涂料
• 1.5.3 医用及生物材料
• 1.5.4 环氧树脂基复合材料增韧剂
• 1.5.5 在纳米材料中的应用
• 1.5.6 其他应用
• 1.6 本文主要研究的内容及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 主要试剂与仪器
• 2.1.1 实验主要原料及试剂
• 2.2 超支化聚膦酸酯的合成及应用
• 2.2.1 超支化聚膦酸酯的合成
• 2.2.2 超支化聚膦酸酯改性环氧树脂的应用
• 2.3 磷酸酯类阻燃剂的合成及应用
• 2.3.1 间苯二酚（二苯基磷酸酯）（RDP）的合成及改性环氧树脂的应用
• 2.3.2 双酚A（二苯基磷酸酯）（BDP）的合成及改性环氧树脂的应用
• 2.4 结构表征与性能表征
• 2.4.1 红外光谱（FTIR）
• 2.4.2 核磁共振谱（NMR）
• 2.4.3 特性粘度的测试
• 2.4.4 溶解性
• 2.4.5 差示扫描量热（DSC）分析
• 2.4.6 力学性能测试
• 2.4.7 形貌观察（SEM）
• 2.4.8 动态热机械分析（DMA）
• 2.4.9 热失重分析（TGA）
• 2.4.10 阻燃性测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 超支化聚膦酸酯改性EP的研究
• 3.1.1 超支化聚膦酸酯的合成与表征
• 3.1.2 环氧树脂的固化动力学研究
• 3.1.3 超支化聚膦酸酯改性环氧树脂的性能研究
• 3.2 磷酸酯阻燃剂改性环氧树脂的研究
• 3.2.1 磷酸酯阻燃剂的结构表征
• 3.2.2 磷酸酯阻燃剂改性环氧树脂的研究
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢