反应诱导相分离法制备多孔聚合物材料

摘要

反应诱导相分离法(Chemically induced phase separation)制备多孔聚合物材料，是在固化反应开始之前，溶剂或热塑性塑料与热固性树脂混合均匀后，体系处于均相状态。随着固化反应的进行，热固性树脂的分子量逐渐增加，与溶剂或热塑性塑料之间的相容性逐渐变差，体系在热力学上不再相容，相分离开始发生，相结构逐步演化并粗大化。固化产物经洗涤干燥将溶剂去除后或使热塑性塑料高温降解即可得到多孔结构的聚合物材料。与其它制备多孔材料方法相比，工艺简单易操作，可以控制孔径大小及分布。本文主要工作如下：
　　 1.利用反应诱导相分离法，以环氧大豆油为溶剂，双酚A环氧树脂为单体，4，4-二氨基二苯甲烷为固化剂制备多孔环氧树脂。研究了环氧树脂最终相态取决于环氧基体与环氧大豆油的组成，并通过光学显微镜对其相分离过程进行跟踪。在相态由分散孔向相反转结构转变时，体系均遵循旋节线降解机理；当环氧大豆油浓度较低时，得到了环氧树脂的闭孔结构。研究了溶剂浓度、固化剂用量，固化温度对多孔结构的影响，环氧大豆油浓度增加，孔径增大，分布变宽，密度降低，孔隙率增大。增加固化剂用量，提高固化温度，加快固化反应速率，得到较大孔径的环氧结构。
　　 2.采用热塑性塑料通过反应诱导相分离法制备了多孔环氧树脂。脂肪族聚碳酸酯作为热塑性塑料，与环氧树脂制得复合材料，使脂肪族聚碳酸酯高温降解即得到环氧树脂多孔结构。利用固化时间-脂肪族聚碳酸酯质量浓度的准相图描述了环氧树脂/热塑性塑料体系的相分离机理，并利用光学显微镜对相分离演化过程进行了跟踪。相分离机理受控于环氧树脂与脂肪族聚碳酸酯的组成，在脂肪族聚碳酸酯浓度较低时，遵循成核生长，反之，旋节线降解机理。随脂肪族聚碳酸酯浓度增加，环氧树脂/脂肪族聚碳酸酯体系经历了分散相-双连续相-相反转结构的转变。增加热塑性塑料浓度、提高固化温度，环氧树脂孔径增大。
　　 3.对热塑性塑料的端羟基进行了环氧化反应，合成了环氧化脂肪族聚碳酸酯，并利用傅立叶红外光谱进行表征，其环氧值为6.8％。
　　 4.将环氧化脂肪族聚碳酸酯作为热塑性塑料，通过反应诱导相分离法制备了多孔聚合物材料，得到孔隙率较大的多孔结构。在环氧树脂/环氧化脂肪族聚碳酸酯体系中，当环氧化脂肪族聚碳酸酯浓度较低时，制得分散较为均匀的多孔结构；随其浓度增加，孔径增大，分布变宽；在环氧化脂肪族聚碳酸酯浓度较高时，得到环氧微球，当环氧化脂肪族聚碳酸酯浓度介于两个临界浓度之间时，体系出现分层，上层和底层为分散孔结构，中间层为环氧微球。
　　 5.通过光学显微镜研究了环氧树脂/环氧化脂肪族聚碳酸酯在不同固化温度下的相分离过程。当环氧化脂肪族聚碳酸酯浓度为35 wt％时，环氧树脂/环氧化脂肪族聚碳酸酯体系在不同固化温度下均遵循旋节线降解机理，且环氧化脂肪族聚碳酸酯以分散相分布在环氧基体中。随固化温度升高，体系中环氧化脂肪族聚碳酸酯的粒径增大。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1多孔材料

1.1.1多孔材料分类

1.1.2多孔聚合物的制备方法

1.1.3多孔材料的应用

1.2相分离的理论基础

1.2.1热力学理论

1.2.2相分离机理

1.2.3动力学理论

1.3相态的演变理论

1.4反应诱导相分离

1.4.1反应诱导相分离的提出

1.4.2反应诱导相分离机理

1.4.3反应诱导相分离相结构的演化

1.4.4影响相结构的主要因素

1.4.5反应诱导相分离的应用

1.5本文的研究背景和主要内容

第二章环氧大豆油／环氧树脂体系

2.1实验部分

2.1.1实验原料及试剂

2.1.2实验仪器

2.2多孔环氧树脂的制备

2.2.1样品制备

2.2.2改变影响因素

2.3表征

2.3.1扫描电镜(SEM)分析

2.3.2光学显微镜(OM)分析

2.3.3 ImageJ分析

2.3.4孔径分散系数￣Dw/￣Dn

2.3.5孔隙率测定

2.4结果与讨论

2.4.1相态演变及反应诱导相分离过程

2.4.2 ESO浓度对多孔结构的影响

2.4.3固化剂用量对多孔结构的影响

2.4.4固化温度对多孔结构的影响

2.5本章小结

第三章脂肪族聚碳酸酯／环氧树脂体系

3.1实验部分

3.1.1实验原料及试剂

3.1.2实验仪器

3.1.3多孔环氧树脂的制备

3.2表征

3.2.1扫描电镜(SEM)分析

3.2.2光学显微镜(OM)分析

3.2.3 ImageJ分析

3.3结果与讨论

3.3.1相图

3.3.2相分离演化过程

3.3.3相态演变

3.3.4 PPC浓度对多孔结构的影响

3.3.5固化温度对多孔结构的影响

3.4本章小结

第四章环氧化脂肪族聚碳酸酯／环氧树脂体系

4.1实验部分

4.1.1实验原料及试剂

4.1.2实验仪器

4.1.3多孔环氧树脂的制备

4.2表征

4.2.1傅立叶红外光谱(FTIR)分析

4.2.2环氧值的测定

4.2.3扫描电镜(SEM)分析

4.2.4光学显微镜(OM)分析

4.2.5 ImageJ分析

4.2.6孔径分散系数￣Dw／￣Dn

4.3结果与讨论

4.3.1环氧化PPC的合成与表征

4.3.2相态演变

4.3.3环氧化PPC浓度对多孔结构的影响

4.3.4固化温度对多孔结构的影响

4.3.5依赖于固化温度的相分离行为

4.4本章小结

第五章结 论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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