聚酰亚胺/聚醚刚柔嵌段共聚物的制备、性能及应用研究

摘要

刚柔嵌段共聚物是柔性链分子和刚性链分子通过共价键连接而成的，其化学结构和极性上的差异导致嵌段共聚物链段间的不相容而易发生相分离；而柔性链和刚性链的共价键连接限制了链段间的宏观相分离程度。本文以酰亚胺齐聚物为刚性链，聚环氧丙烷为柔性链，合成了聚酰亚胺/聚醚刚柔嵌段共聚物，研究了其自组装性能及其对环氧树脂的耐热性的改善和增韧改性作用。 以端氨基聚醚(D2000)、4,4’-二氨基二苯醚(ODA)、3,4,3’,4’-二苯醚四甲酸二酐(OPDA)为原料，合成了一系列不同硬段含量的聚酰亚胺/聚醚刚柔嵌段共聚物(b-CPI)以及无规共聚物(r-CPI)，通过红外光谱(FT-IR)、氢核磁共振谱(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和热失重(TGA)证实并确认了嵌段共聚物、无规共聚物的化学组成，TGA 结果表明，硬段聚酰亚胺含量的增加有利于提高软段聚醚链热分解温度(Td)。共聚物的原子力显微镜扫描图像和透射电子显微镜图像均出现自组装图像。原子力显微镜扫描图像显示，该嵌段共聚物的硬段和软段在云母片表面发生相分离，形成了不同的纳米级自组装图案，溶剂、溶液浓度、退火温度和时间、硬段长度均对自组装的图形产生影响。 进一步以端氨基聚醚(D2000)、4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)、双酚A 二醚酐(BISA-DA)，制备了聚酰亚胺/聚醚嵌段共聚物b-CPI’，并合成了硬段的参照聚合物聚酰亚胺PI’，并对产物结构进行表征，确认了产物的化学结构。将b-CPI’做为增韧剂加入DGEBA/DDM 环氧树脂体系，混合树脂的动态机械测试(DMA)结果表明，b-CPI’对DGEBA/DDM环氧树脂的韧性和热性能有明显改善，b-CPI’加入后环氧树脂的储能模量E’和损耗模量E”均降低，刚性减小，弹性增大，并且使环氧树脂的玻璃化转变温度Tg 提高了15 ℃以上。固化树脂的AFM图像表明，b-CPI’在环氧树脂中均匀分散形成纳米级粒子，能分散应力，有效提高耐热性和韧性。