超支化聚合物增韌改性環(huán)氧樹脂的研究進(jìn)展

羅世文　王威力　婁小杰

摘 要：本文對超支化聚合物進(jìn)行了介紹，簡述了國內(nèi)外對于超支化聚合物在環(huán)氧樹脂應(yīng)用中的探索和研究情況。文章重點(diǎn)對環(huán)氧樹脂中加入一定含量的超支化聚合物進(jìn)行了分析，指出了超支化聚合物在改善環(huán)氧樹脂性能方面作出的貢獻(xiàn)。文章具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：超支化聚合物;環(huán)氧樹脂;性能改善

0 引言

環(huán)氧樹脂（EP）在機(jī)械性能、耐熱性能以及腐蝕性能等方面有著突出的表現(xiàn)，當(dāng)今社會對于環(huán)氧樹脂的應(yīng)用十分廣泛。然而，在實(shí)際使用過程中，各行各業(yè)都表示環(huán)氧樹脂高度交聯(lián)的結(jié)構(gòu)造成了其韌性較差的問題，因此眾多學(xué)者與科研人員都開始重視對改善環(huán)氧樹脂性能的研究。近年來，以超支化聚合物（HBPs）為代表的相關(guān)研究成為了增韌改性環(huán)氧樹脂的重要研究內(nèi)容。

1 超支化聚合物概述

聚合物是一種新型材料，常見的聚合物包括樹枝狀聚合物、超支化聚合物以及線性聚合物等，其結(jié)構(gòu)圖1所示。從圖中可以清晰看出，HBPs超支化聚合物的結(jié)構(gòu)與化合物極為相像，盡管其分子結(jié)構(gòu)看上去不如樹形那么完美，不過結(jié)構(gòu)依然表現(xiàn)出遞增的狀態(tài)。受自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響，超支化聚合物的合成方法是相對容易的，其自身呈現(xiàn)出低黏度、高溶解度的屬性。基于以上分析，采用超支化聚合物來改善環(huán)氧樹脂的性能，可以節(jié)約更多的成本。

2 近年來HBPs改性EP研究進(jìn)展

2.1 國外研究進(jìn)展

國外在HBPs超支化聚合物改性環(huán)氧樹脂EP方面的研究是十分豐富和全面的。國際研究基本上是基于氰酸酯的增韌和固化行為開展的科研，就目前來看其取得的成果是十分可喜的。

2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

2.2.1 HBPs增韌EP的研究

我國在研究HBPs增韌EP方面付出了巨大的努力與心血。特別是在超支化聚合物對環(huán)氧樹脂EP 固化速率、環(huán)氧轉(zhuǎn)化率、體系黏度以及固化物韌性等的影響方面下足了功夫。目前，我國在HBPs增韌EP方面的研究已取得一些收獲，但還缺少重大突破與創(chuàng)新。

2.2.2 HBPs改性EP的固化行為的研究

我國在HBPs改性EP固化行為方面作了大量研究。我國科研人員在堿的作用下對某超支化聚酯做改性環(huán)氧樹脂試驗，并通過DSC探究了有關(guān)物質(zhì)的固化行為，計算得出固化反應(yīng)活化能。我國還對超支化聚合物和環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)與自催化反應(yīng)進(jìn)行了深入研究，并且已經(jīng)找到了部分反應(yīng)歷程相符的產(chǎn)品。通過不斷的探索與試驗，目前，我國已經(jīng)采取一步法合成了新型的、低粘度的超支化聚合物。

3 性能分析

3.1 力學(xué)性能分析

加工性能是否優(yōu)良直接關(guān)系到熱固性環(huán)氧樹脂的應(yīng)用效果。對于傳統(tǒng)的增韌改性劑而言，其通常具有較高的相對分子質(zhì)量，因此其在固化以后，經(jīng)相分離就能實(shí)現(xiàn)增韌的效果。在對環(huán)氧樹脂進(jìn)行加工的時候通常希望獲得較低的黏度。然而，較高的相對分子質(zhì)量通常決定了較高的黏度。所以，采用傳統(tǒng)的增韌改性劑進(jìn)行加工很難避免高黏度物質(zhì)的形成。而利用超支化聚合物進(jìn)行改性，其達(dá)到的效果顯然是不同的。HBPs超支化聚合物的分子尺寸通常比較小，并且自身有較多短小的支鏈，這些分子鏈和分子間一般不會出現(xiàn)纏繞現(xiàn)象，故其分子間相互的作用力通常很小，這也讓HBPs超支化聚合物具有了黏度偏低的特點(diǎn)。在環(huán)氧樹脂中混入超支化聚合物，不僅可以減小環(huán)氧樹脂的黏度，兩者的相容性也比較好，環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能也會得到改善。如圖2所示，圖中展示了超支化聚合物與澆鑄體的力學(xué)性能。

從圖2中不難看出，在15%質(zhì)量比內(nèi)，環(huán)氧樹脂的沖擊強(qiáng)度和韌性都隨著超支化聚合物含量的增加而不斷提高。在質(zhì)量比HBP為5%以上時，環(huán)氧樹脂的韌性更是得到了大幅度提升。而當(dāng)含量達(dá)到15%時，樹脂的沖擊強(qiáng)度最大，其值為22.3kJ/m2。

3.2 耐熱性能分析

實(shí)踐表明，部分增韌劑確實(shí)能有效改善環(huán)氧樹脂的韌性，但是也會大大降低環(huán)氧樹脂的耐熱性。圖3反映了當(dāng)環(huán)氧樹脂中混入了1.5成超支化聚合物后，新的環(huán)氧樹脂與純環(huán)氧樹脂耐熱性的區(qū)別。從圖3中可以清晰看到，兩者走勢基本一致，環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度并沒有因為加入了1.5成的超支化聚合物而發(fā)生太大改變。

圖4展示了在環(huán)氧樹脂中混入了1.5成超支化聚合物后，新的環(huán)氧樹脂與純環(huán)氧樹脂的TGA曲線差別。從圖4可以輕易得出，兩者的固化物曲線走勢相同，只是在高溫范圍中，混有15%含量超支化聚合物的環(huán)氧樹脂才會表現(xiàn)出更好的性能。基于以上分析可以得出，在純環(huán)氧樹脂中適量加入一定比例的超支化聚合物，對于改善環(huán)氧樹脂的耐熱性能具有正面影響。

4 結(jié)論

在環(huán)氧樹脂EP中加入適量的超支化聚合物HBPs一方面可以有效促進(jìn)環(huán)氧樹脂的固化。同時，一定比例的超支化聚合物HBPs在改善環(huán)氧樹脂EP的韌性，提高環(huán)氧樹脂EP抗沖擊強(qiáng)度等方面都具有明顯的功效。不過，超支化聚合物HBPs還屬于新興領(lǐng)域，要想全面發(fā)揮其優(yōu)勢，進(jìn)一步融會貫通，還要繼續(xù)不斷實(shí)踐與探索。

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作者簡介：

羅世文（1989- ），男，漢族，安徽亳州人，研究生，碩士，現(xiàn)職稱：助理工程師，研究方向：復(fù)合材料成型工藝。