水性聚氨酯阻燃纳米复合材料的Click反应制备及性能

以4,4'-二羟甲基-1,4-庚二炔功能单体作为扩链剂制备了端炔基功能化聚氨酯, 与叠氮基改性纳米蒙脱土(MMT-N₃)、 纳米氢氧化铝(ATH-N₃)和纳米氢氧化镁(MH-N₃)通过Click反应制备了水性聚氨酯(WPU)阻燃纳米复合材料. 采用红外光谱(FTIR)、 核磁氢谱(¹H NMR)和扫描电子显微镜(SEM)对WPU阻燃纳米复合材料的结构进行了表征, 对比研究了纳米阻燃剂配比和制备方法对WPU阻燃纳米复合材料的氧指数、 动态燃烧行为和热稳定性的影响. 阻燃性能研究结果表明, 当MMT-N₃, MH-N₃和ATH-N₃的质量分数分别为7%, 2%和1%时, 采用Click反应制备的复合材料的氧指数比纯WPU高7%, 点燃时间从10 s延长到29 s, 峰值热释放速率和烟释放速率分别降低了41%和42%. 热失重分析结果表明, 当MMT-N₃质量分数为10%时, 与WPU相比, 采用Click反应制备的MMT/WPU复合材料在热失重50%时的温度提高了21 ℃. 复合材料断面和燃烧后残渣的SEM分析证明在聚合物基体中Click反应是分散纳米材料的一种有效方法.     

含芳基噻唑基团环氧树脂材料的制备及热性能

制备了一种含芳基噻唑基团热稳定环氧树脂材料(TDABZ),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对其结构进行了表征,采用热重分析-微熵热重分析(TGA-DTG)计算了TDABZ的热分解动力学参数,利用热重分析(TGA)和动态热机械分析(DMTA)探讨了TDABZ的耐热性能。 结果表明,TDABZ通过TGDDM结构中的环氧基团与混合固化剂(DDS和2-ABZ)结构中的活泼氢反应,在较低的温度下就能完全交联固化。 通过Kissinger和Ozawa方法求得TDABZ的热分解活化能分别为205.5和221.9 kJ/mol。 TDABZ固化物具有优异的耐热性能,双悬臂梁法测得的玻璃化转变温度(T_g)达到242.3 ℃,在N₂气气氛下失重5%对应的温度(T_d5)为340.2 ℃,最大失重速率对应的温度(T_dmax)为395.5 ℃,600 ℃的质量保留率为24.1%,显著提高了环氧树脂的热稳定性能,拓宽了其应用领域。     

柔性OLED用高耐热聚酰亚胺薄膜的制备与性能

聚酰亚胺(PI)薄膜作为柔性有机发光显示(OLED)基板材料应用时, 需要满足玻璃化转变温度(T_g)大于450 ℃和热膨胀系数(CTE)在0~5×10^-6 K^-1之间. 为了提高PI薄膜的热性能, 本文合成了2,7-占吨酮二胺 (2,7-DAX), 并将其与均苯四甲酸二酐(PMDA)和2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并噁唑(BOA)共聚制备了一系列新型PI薄膜. 研究了PI薄膜的聚集态结构、 耐热性能、 尺寸稳定性和力学性能. 结果表明, 占吨酮结构和苯并噁唑结构提高了PI分子链的刚性与线性, 使分子链在平面内紧密堆积与取向, 制备的PI薄膜综合性能优异, 玻璃化转变温度高于408 ℃, CTE在-5.0×10^-6~8.1×10^-6 K^-1之间, 拉伸强度大于140 MPa, 拉伸模量大于4.2 GPa, 断裂伸长率为7.1%~20%, 5%热失重分解温度(T_5%)在601~624 ℃之间. 其中, PI-50和PI-60薄膜具有超高玻璃化转变温度和超低热膨胀系数, T_g高于450 ℃, CTE分别为2.1×10^-6 K^-1和1.6×10^-6 K^-1. 制备的系列PI薄膜作为柔性OLED基板材料有潜在应用前景.     

耐高温可溶性聚酰亚胺树脂及其复合材料

制备了2种耐高温可溶型聚酰亚胺树脂(PI-1, PI-2)及其复合材料, 系统研究了树脂的工艺性, 纯树脂固化物的热性能及其复合材料的界面形貌、 介电性能和力学性能. 研究结果表明, 树脂低聚物在极性非质子溶剂中具有良好的溶解性, 且熔体黏度较低, 表明其具有优异的加工性能. 两种树脂固化物在空气中的5%热失重温度均高于550 ℃, PI-1树脂的玻璃化转变温度(T_g)为430 ℃, PI-2树脂的T_g为380 ℃. 石英纤维/PI-1和石英纤维/PI-2复合材料具有较低的介电常数和介电损耗. 碳纤维/PI-1复合材料在420 ℃下的弯曲强度保持率可达62%, 层间剪切强度保持率可达48%, 具有较优异的高温力学性能. 采用普通模压工艺制备了厚度高达45 mm的复合材料制件, 进一步证明这2种树脂具有优异的工艺性.     

一种新型室温固化、耐高温环氧树脂体系及其性能

采用1-己基-3-甲基咪唑四氯化铁盐([C₆mim]FeCl₄)与混合胺复配室温(20 ℃)固化双酚A型环氧树脂E-51,并与其它脂肪胺类室温固化E-51体系在力学性能、热性能、耐老化性能方面的数据进行了比较,同时分析了[C₆mim]FeCl₄不同添加量对固化体系性能的影响,结果显示:[C₆mim]FeCl₄/混合胺复配室温固化E-51体系的室温拉伸强度可达90 MPa,高温(120 ℃)下也保持了良好的力学性能,热失重(5%)分解温度为310 ℃,200 ℃老化7 d后,拉伸强度为28 MPa,是一种可在高温下使用的新型环氧树脂室温固化体系。     

含三苯基氧磷结构聚芳醚醚酮酮的合成与表征

以苯酚、对二溴苯及苯基磷酰二氯为原料合成出二(4-苯氧基苯基)苯基氧磷(BPOPPO)。 三氯化铝(AlCl₃)为催化剂,通过缩聚反应,BPOPPO与对苯二甲酰氯(TPC)反应制备出一种含有三苯基氧磷结构的聚醚醚酮酮(P-PEEKK)树脂。 采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)和广角X射线衍射(WAXD)等技术手段对P-PEEKK树脂的结构和性能进行表征。 结果表明,P-PEEKK树脂属于非晶聚合物,玻璃化转变温度(T_g)较高,为190.5 ℃;热分解温度(T_5%)为515 ℃,耐热性能较好;极限氧指数(LOI)为42,阻燃性能好,为难燃材料;易溶解于氯仿、1,2-二氯乙烷、N,N-二甲基乙酰胺等有机溶剂中,溶解性能较好,便于涂膜加工;拉伸强度为62 MPa,力学性能较好。     

三聚氰胺聚磷酸盐/季戊四醇配比、协效剂组及表面改性对聚丙烯基木塑复合材料的膨胀阻燃影响

通过极限氧指数(LOI)、线性燃烧速率(LBR)、热重分析和锥形量热分析等技术手段研究膨胀型阻燃剂(IFRs)中三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和季戊四醇(PER)的质量比、组成为m(MgO):m(可膨胀石墨,EG):m(SiO₂)=1:5:5的协效剂组(MgO/EG/SiO₂)和硅烷偶联剂(KH550)对聚丙烯基木塑复合材料(WPC)阻燃性能的影响。 结果表明,当IFRs中m(MPP):m(PER)=23:2(IFRs-M1)、质量分数为25%时的阻燃性能最佳,膨胀阻燃复合材料WPC/IFRs-M1的LOI和LBR分别为27.1%和3.89 mm/min,较未添加的WPC分别提高48.1%和下降89.79%,燃烧时的热释放速率、总热释放量、总烟释放量和CO₂释放量分别降低了76.2%、50.1%、6.9%和65.4%,600 ℃时的残炭率提高了498.3%。 协效剂组和KH550表面处理均可进一步改善WPC/IFRs-M1的阻燃性能,均对IFRs-M1具有良好的阻燃增效作用。 相比于WPC/IFRs-M1,同时用这两种阻燃增效手段的WPC/IFRs-M1/MgO/EG/SiO₂/KH550,其LOI提高了3.7%,LBR降低了20.3%;材料的热稳定性明显提高,热失重降低;燃烧时的热释放速率、总热释放量、总烟释放量和CO₂释放量分别降低了36.5%、37.6%、57.5%和33.33%,600 ℃时的残炭率提高了84.02%,显示出二者更好的协同效应。     

长链双马来酰亚胺改性氰酸酯树脂及其复合材料

制备了长链双马来酰亚胺改性的氰酸酯树脂及其复合材料, 并对其进行了表征. 结果表明, 当长链双马树脂(MTHMI)占改性树脂的质量分数为37.5%时, 改性树脂(MTI/T₃)的5%热失重温度为414℃, 复合材料在室温和200℃时的拉伸强度分别为431.2和331.0 MPa, 弯曲强度分别为631.5和278.4 MPa, 复合材料的X-Y轴热膨胀系数为18.1×10^-6℃^-1, 吸湿率为1.4%. 实验结果表明, 该类树脂与普通双马改性氰酸酯树脂及分别由质量分数为20%和30% MTHMI改性的氰酸酯树脂MTI/T₁和MTI/T₂相比, 具有良好的加工性, 优异的耐热性和力学性能, 较低的吸湿性和热膨胀系数.     

低共熔溶剂的热稳定性研究

近年来,低共熔溶剂(DESs)引起了人们的广泛关注,在诸多领域得到应用。DESs一般由氢键供体(HBDs)和氢键受体(HBAs)通过氢键作用形成,其热稳定性研究对于其高温应用具有重要意义。本文利用热重分析法(TG)对40种DESs的热稳定性进行了系统研究,并得到了所研究DESs的开始分解温度(T_onset)。值得注意的是,DESs受热后的变化情况与离子液体不同,呈现出分阶段失重的现象。通常形成DESs的氢键在升温后首先被破坏,从而导致DESs分解成组成其的HBDs和HBAs。然后热稳定性较差(或者沸点较低)的HBDs首先分解(或挥发),而HBAs则在更高温度下分解(或挥发)。例如常见的HBA氯化胆碱(ChCl)在250 ℃附近开始分解。氢键强度对DESs受热后的表现起着重要的作用,DESs中的氢键会阻碍分子“逃脱”,使得T_onset向高温方向移动。此外,我们考察了阴离子、氢键供体、摩尔比对DESs热稳定性的影响,发现HBDs自身的挥发或分解对DESs的热稳定性起着决定性作用。由于用T_onset值会高估DESs的热稳定性,长期热稳定性的考察对其工业应用具有重要价值。本研究能帮助人们理解DESs的热分解行为,为制备具有适当热稳定性的DESs提供依据。     

三氟甲烷磺酸稀土盐对聚丙烯热稳定性的影响及机理

通过熔融共混将三氟甲烷磺酸镱[Yb(OTf)₃]和三氟甲烷磺酸镧[La(OTf)₃]添加至聚丙烯(PP)中, 制得PP/Yb和PP/La材料, 并对其热稳定性进行表征. 热失重分析(TGA)和差示扫描量热分析(DSC)结果显示, Yb(OTf)₃和La(OTf)₃均可以显著提高聚丙烯的热稳定性. 当Yb(OTf)₃添加量仅为1%(质量分数)时, PP的起始分解温度从275 ℃提高至305 ℃, 最大分解温度从384 ℃提高至405 ℃, 160 ℃下的氧化诱导时间从12.1 min延长至43.0 min, 热焓从1907 J/g降低至483 J/g; 而PP/La1的起始分解温度、 最大分解温度、 160 ℃下的氧化诱导时间和热焓分别为300 ℃, 409 ℃, 18.6 min和633 J/g. 结果表明, La(OTf)₃对聚丙烯热稳定性的改善作用弱于Yb(OTf)₃, 对2种稀土盐产生不同实验结果的原因进行分析并提出机制. 由于阴离子和阳离子的共同作用, Yb(OTf)₃和La(OTf)₃均可提高PP的热氧稳定性. La(OTf)₃中三氟甲烷磺酸根的自由基捕捉能力和稀土离子的配位能力发挥主要作用, 而Yb(OTf)₃中的稀土离子的高反应活性也起到关键作用.     

低聚端羟基聚硅氧烷接枝增韧酚醛树脂的制备及性能

由低聚羟基封端聚硅氧烷（HO-PDM）与甲醛和苯酚的接枝反应制备了增韧改性酚醛树脂,用FT-IR对改性酚醛树脂的结构进行表征,用电子万能试验机测试了改性前后酚醛树脂的力学性能,用热重分析仪测试改性酚醛树脂的热稳定性。 测得改性酚醛树脂的断裂伸长率、冲击强度、抗拉强度分别为2.8%、2.875 kJ/m2和23.2 MPa;树脂失重20%的温度为431.28 ℃,峰值温度为441.8 ℃,800 ℃的残重率为51.02%。     

新型生物基苯并嗪的合成及性能

以生物基糠胺、 酚酞和多聚甲醛为原料, 制备了一种新型生物基苯并噁嗪树脂——酚酞糠胺型苯并噁嗪树脂(PPTL-F-BOZ), 采用FTIR, ¹H NMR和 ¹³C NMR等手段对其单体PTL-F-BOZ的结构进行了表征, 并对其固化反应、 耐热和阻燃性能进行分析. 结果表明, 与传统的化石基双酚型苯并噁嗪——双酚A苯胺型苯并噁嗪(BPA-A-BOZ)相比, PTL-F-BOZ显示出较低的固化反应温度, 且糠胺中呋喃环的存在会增加聚合物的交联密度, 并减缓苯氧结构向苯酚结构的重排反应, 致使其在DSC曲线中出现了2个固化峰. PPTL-F-BOZ树脂具有较高的T_5%(质量损失5%的温度)和800 ℃的残炭率, 其极限氧指数(LOI)高达36.2%, 在垂直燃烧中达到V-0等级, 表现出优异的热稳定性和阻燃性能.     

硅土/酚酞聚芳醚砜复合材料的制备及性能

使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对硅土进行功能化改性,将功能化的硅土掺入酚酞聚芳醚砜(PES-C)中制备复合材料,并对其热学性能、力学性能及阻隔性能进行表征分析。结果表明,γ-氨丙基三乙氧基硅烷使硅土片层的层间距变大,使硅土处于半剥离状态,且通过溶液共混将表面修饰的片层硅土掺杂于PES-C中更有利于PES-C分子链的插入。所制备的复合材料的T-5%、T-10%和T max分别提升了10.2、10和3.9℃。另外,复合材料的拉伸强度提升8.4 MPa,断裂伸长率提升2.4%,模量提升560.7 MPa。复合材料的氧气渗透系数(P O 2)降低77.4%。     

耐紫外光老化CO2共聚物的合成与性能

CO₂基塑料(PPC)是通过CO₂与环氧丙烷共聚所得的生物降解高分子,由于PPC的耐紫外老化性能较差,随紫外线的照射不仅PPC的相对分子质量快速下降,且其拉伸强度和断裂伸长率等力学性能也迅速降低,而农用地膜长期处于紫外线照射的环境中,因此亟待改善PPC的耐紫外老化性能。 本文设计合成了含紫外吸收基团的单体2-羟基-4(2,3-环氧丙氧基)二苯甲酮(HEB),与CO₂和环氧丙烷进行三元共聚制备了耐紫外光老化的CO₂共聚物(PPCH)。 在保证PPCH相对分子质量不低于5.0×10⁴的前提下,PPCH中HEB单元的摩尔分数最高可达0.32%,相应地其玻璃化转变温度(T_g)和起始热分解温度(T_d-5%)分别为26.7和216.9 ℃,拉伸强度达到30.97 MPa。 普通PPC经过240 h的紫外辐照后,其数均相对分子质量下降了67.8%,相应地其拉伸强度和断裂伸长率分别下降了10.1%和40.1%。 即使PPCH中的HEB摩尔分数仅为0.06%,经过240 h辐照后其数均相对分子质量仅下降了6.2%,相应地其拉伸强度和断裂伸长率也仅分别下降了1.7%和13.3%,证明PPCH具有较强的耐紫外老化性能,原因在于其主链含有HEB单元,对紫外光具有较好的吸收性能。 PPCH的紫外吸收性能随HEB单元在聚合物中含量的增加而增强,因此随着共聚物中引入的HEB单元含量增加,PPCH的相对分子质量和力学性能的保持率均得到了大幅度提高。 另一方面,对PPCH共聚物与相同二羟基二苯甲酮(BP)含量的PPC/BP共混物进行120 h的50 ℃热水萃取实验,PPCH显示出稳定的紫外光吸收性能,而PPC/BP共混物的紫外吸收性能随热水萃取时间的增长而快速下降,表明三元共聚反应能够有效解决普通共混物面临的小分子紫外吸收剂的外迁移问题。     

含磷有机硅杂化环氧树脂固化体系性能研究

通过磷酸与γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷反应得到含磷有机硅氧烷,并加入到环氧树脂/4,4'-二氨基二苯基甲烷体系中混合,通过溶胶-凝胶的方法制备了含磷有机硅杂化环氧树脂固化物.对固化体系进行了玻璃化转变温度、热失重、阻燃、拉伸强度、冲击强度测试分析.结果表明,该固化体系的阻燃性得到提高,极限氧指数在25.8～29.3,玻璃化转变温度得到提高,在161～179℃;虽然初始分解温度比纯环氧树脂固化物低,但800℃残炭率可以达到26.5%,提高了36%;拉伸强度得到提高,在71～94 MPa,冲击强度可以达到14.36 kJ/m2,提高了14%.该固化体系具有较好的阻燃性能和热性能,同时具有较好的力学性能.