氧化石墨烯/锰离子金属有机骨架杂化体的制备及其高性能氰酸酯树脂的研究

摘要

电子信息、绝缘材料、新能源和航空航天等尖端领域的不断发展很大程度上取决于应用于其中材料的性能。氰酸酯（CE）树脂是耐热热固性树脂的代表，其最大的性能优势是在较宽频率范围内具有优异的介电性能。基于这些优点，CE固化树脂在上述领域中显示出巨大的应用前景。但是高固化温度和高脆性是热固性树脂的现有不足。建立一种同时克服这两大不足的方法，获得兼具低固化温度和高韧性的改性CE树脂一直是材料领域的重要研究内容。
　　本文基于以上问题展开，将氧化石墨烯（GO）和锰离子金属有机骨架（MnMOF）进行掺杂，分别采用水热合成法和机械搅拌法制备了不同粒径以及不同Mn2+/配体比例的新型氧化石墨烯/锰离子金属有机骨架杂化体（GO/MnMOF），并对其结构进行了分析表征。研究表明这种杂化体不是GO与MnMOF的简单物理共混，而是两者之间以化学键相连，杂化体表面的有机基团能够使之与CE树脂良好的结合，从而提高其在CE树脂中的分散性。
　　在此基础上，为了达到更佳的催化增韧效果，本文又制备了超支化聚硅氧烷氧化石墨烯/锰离子金属有机骨架（HBPGO/MnMOF），然后将这两种兼备催化和增韧作用的杂化体来改性CE树脂。详细探讨了GO/MnMOF2(m)（由机械搅拌法制备的Mn2+与有机配体比例为1:1的GO/MnMOF）和HBPGO/MnMOF对CE的固化反应性的影响。制备了一系列改性树脂，并研究了其介电性能、热性能和力学性能等关键性能。研究表明GO/MnMOF2(m)及HBPGO/MnMOF的加入能够大幅度降低CE的固化反应温度，加入0.5wt％GO/MnMOF2(m)便能使改性体系的后处理温度由240℃降至220℃，其催化剂的作用不是GO和MnMOF2(m)的简单组合，而是表现出显著的协同催化效果。改性剂的加入能够显著地提升固化树脂的综合性能，包括热稳定性、介电性能、韧性和刚性。通过加入GO/MnMOF2(m)或HBPGO/MnMOF的改性方法，为解决CE树脂的两大瓶颈做出了巨大贡献，改性树脂这些优异的性能证明GO/MnMOF2(m)及HBPGO/MnMOF是一种高效的多功能改性剂。本文通过控制交联网络结构显著提升CE树脂综合性能的机理为发展高性能热固性树脂提供了一种新的方法。