环氧树脂共混物中相容性、结构与动力学的DSC及固体NMR研究

摘要

本论文以环氧树脂/聚乙二醇(ER/PEO)等热固性共混物为研究对象,以差示扫描量热(DSC)和固体核磁共振(NMR)实验技术为主要研究手段,系统研究了共混物中相容性、分子相互作用、组分运动性、PEO受限结晶等问题。本论文主要开展了以下两个方面的研究工作:
　　 (一)ER/PEO共混物的相容性、动力学以及受限结晶的常规DSC和变频温度调制DSC(TOPEM)研究:通过常规DSC和TOPEM技术分别系统测定了不同PEO分子量下共混物玻璃化转变温度与活化能,首次发现共混物的相容性及分子运动都强烈依赖于PEO分子量,存在一个临界分子量约4500;在临界分子量以下的PEO与ER具有很好的相容性,强的分子间相互作用导致PEO运动受限,共混物的Tg随着PEO分子量的减小而降低；而大于临界分子量的PEO与ER的相容性逐渐变差,分子间相互作用弱使PEO运动较自由,共混物Tg基本不随PEO分子量变化。通过采用高灵敏度DSC传感器FRS5,首次发现在小于40％PEO含量共混物中有依赖于PEO分子量的残留PEO结晶；低分子量(～1k)与高分子量(～100k)PEO在共混物中的结晶基本被抑制,而中间分子量共混物残留结晶基本相同。
　　 (二)ER/PEO共混物的相容性、分子间相互作用以及组分运动性的固体NMR研究:通过采用1H静态、2D13C-1H WISE和PISEMA等多种固体NMR技术对ER/PEO共混物中PEO与ER的相容性、分子间相互作用及组分的运动性做了系统研究。结果表明共混物相容性、分子间相互作用及局域运动都强烈依赖于PEO分子量,存在类似的临界分子量效应,低于临界分子量PEO与ER有很好的相容性和大的界面相,而高分子量的PEO与ER相容性变差,分子运动自由。分离局域场的PISEMA NMR实验结果直接证实了不同分子量下PEO由于与ER相互作用不同而导致的分子运动的明显差别,并获得了PEO运动受限的直接证据。Fourier变换红外(FT-IR)实验结果进一步证实了ER与PEO间氢键相互作用的分子量依赖关系。基于上述实验结果和共混物中分子交互扩散理论,我们阐明了不同分子量PEO影响共混物结构与动力学的微观机理,并提出了PEO受限在交联ER网络中的微观结构模型。
　　 本论文实验工作的系列新发现为典型的ER/PEO共混物研究和对于基于采用含PEO的嵌段共聚物与ER共混物的研究及发展热固性共混物的高分子物理理论提供了新的认识,具有重要理论和实际意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 、前言

第一节 、环氧树脂发展概况

1.1.1 环氧树脂的性质

1.1.2 环氧树脂的应用

1.1.3 环氧树脂改性研究

第二节 、ER/PEO共混体系的研究进展

第三节 、差示扫描量热技术概述

1.3.1 常规DSC技术

1.3.2 温度调制DSC技术与TOPEM

第四节 、核磁共振技术在共混体系中的应用

1.4.1 偶极去耦

1.4.2 魔角旋转

1.4.3 交叉极化

1.4.4 二维质子宽线分离谱(WISE)实验

1.4.5 分离局域场(PISEMA)实验

第五节 、本论文的主要工作、选题意义及创新之处

第二章 、ER/PEO共混物的相容性、动力学以及受限结晶的常规DSC和TOPEM研究

第一节 、研究背景

第二节 、ER/PEO共混物的制备及表征

2.2.1 主要试剂

2.2.2 样品制备

2.2.3 测试与表征

第三节 、实验结果与讨论

2.3.1 ER/PEO共混物相容性的PEO分子量依赖

2.3.2 PEO端基和共混方式对于共混物相容性的影响

2.3.3 ER/PEO共混物中PEO的受限结晶

2.3.4 ER/PEO共混物的动力学

2.3.5 ER/PEO共混物的微观结构模型

第四节 、本章小结

第三章 、ER/PEO共混物的相容性、分子间相互作用以及组分运动性的固体核磁共振研究

第一节 、研究背景

第二节 、ER/PEO共混物的制备及表征

3.2.1 主要试剂

3.2.2 样品制备

3.2.3 测试与表征

第三节 、实验结果与讨论

3.3.1 1H静态NMR测定ER/PEO共混物的相容性

3.3.2 端基及共混方式对ER/PEO共混物相容性影响

3.3.3 2D WISE NMR测定共混体系分子运动

3.3.4 PISEMA NMR测定分子间的相互作用与局域分子运动

3.3.5 ER/PEO共混物的氢键作用

第四节 、本章小结

第四章 、不同端基聚醚增韧环氧树脂的相结构和热力学研究

第一节 、研究背景

第二节 、ER/PPA及ER/PPG共混物的制备及表征

4.2.1 主要试剂

4.2.2 样品制备

4.2.3 测试与表征

第三节 、实验结果与讨论

4.3.1 SEM买验结果

4.3.2 DSC实验结果

第四节 、本章小结

第五章 、本文总结

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢