有機(jī)-無(wú)機(jī)核-殼粒子增韌環(huán)氧樹(shù)脂的初步研究.pdf

1、環(huán)氧樹(shù)脂由于其良好的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性能，環(huán)境穩(wěn)定性能、優(yōu)良的絕緣性能，被作為粘合劑、涂料、電絕緣材料等材料使用。但是高交聯(lián)密度的環(huán)氧樹(shù)脂韌性不高，而環(huán)氧樹(shù)脂在應(yīng)用中尤其是在電子行業(yè)中作為粘合劑使用時(shí)，通常都會(huì)選用高交聯(lián)密度。所以提高高交聯(lián)密度的環(huán)氧樹(shù)脂韌性就成為其改性研究的主要方面之一。為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行了大量的改性研究工作來(lái)增加環(huán)氧樹(shù)脂韌性，例如：橡膠顆粒，熱塑性樹(shù)脂顆粒，核殼結(jié)構(gòu)高分子顆粒，互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，熱致液晶，超

2、支化高分子，納米無(wú)機(jī)顆粒等等。但是這些方法或者成本極高還不具備廣泛運(yùn)用的成本優(yōu)勢(shì)，或者在增韌環(huán)氧樹(shù)脂的同時(shí)會(huì)降低體系的剛性和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 核殼結(jié)構(gòu)高分子顆粒和超支化高分子顆粒在增韌方面有良好表現(xiàn)，并且沒(méi)有顯著改變環(huán)氧樹(shù)脂體系的其它力學(xué)性能和熱力學(xué)性能。但是這兩者的尚不具備廣泛運(yùn)用的成本優(yōu)勢(shì)。此二種方法的基本想法十分相似：1)選用比較堅(jiān)硬的內(nèi)核，由于內(nèi)核占據(jù)整個(gè)顆粒的大部分體積和重量，所以其對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂其它力學(xué)性能和熱力學(xué)性能的

3、影響主要取決于內(nèi)核的力學(xué)和熱力學(xué)性能。2)外部的殼選用比較柔軟并且與環(huán)氧樹(shù)脂相親的高分子鏈段，這樣比較柔軟的高分子鏈段可以在環(huán)氧樹(shù)脂基體中起到增韌作用，而與環(huán)氧樹(shù)脂相親的高分子鏈段可以保證增韌顆粒在環(huán)氧樹(shù)脂中的分散性能。3)通常外部的殼會(huì)與環(huán)氧樹(shù)脂有一定的反應(yīng)性，增韌顆粒通過(guò)這樣的化學(xué)鍵的形成與環(huán)氧樹(shù)脂界面變得更牢固，減少增韌顆粒與環(huán)氧樹(shù)脂之間的界面開(kāi)裂失效。 本文嘗試用核/殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)粒子來(lái)增韌環(huán)氧樹(shù)脂：在納米級(jí)二氧化硅

4、表面接枝比較柔軟并且與環(huán)氧樹(shù)脂相親的高分子鏈段，并用這種顆粒來(lái)增韌環(huán)氧樹(shù)脂。這樣的顆粒具有與核殼結(jié)構(gòu)高分子顆粒和超支化高分子顆粒相似的結(jié)構(gòu)： 1)堅(jiān)硬的內(nèi)核，二氧化硅本身的是無(wú)機(jī)顆粒，十分堅(jiān)硬。 2)外層包裹柔軟并且與環(huán)氧樹(shù)脂相親的高分子。 3)可以在接枝高分子鏈段上設(shè)計(jì)與環(huán)氧樹(shù)脂有反應(yīng)性的基團(tuán)。 4)納米級(jí)的二氧化硅有更高的比表面積。 本文據(jù)此開(kāi)展了以下三方面的工作： 1) 使用正向原子

5、轉(zhuǎn)移自由基聚合法在二氧化硅表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯。通過(guò)此法可得到較大的二氧化硅表面接枝率。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在同樣的反應(yīng)條件下，二氧化硅表面接枝率與二氧化硅球徑成反比。 2) 將不同球徑，表面接枝率的表面接枝二氧化硅球按照不同共混比例與環(huán)氧樹(shù)脂共混，觀察其對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂增韌效果。一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：a)表面接枝二氧化硅球顆?？梢杂行г鲰g環(huán)氧樹(shù)脂而其它力學(xué)性能和熱力學(xué)性能沒(méi)有顯著影響。b)30nm二氧化硅球接枝后依然有共混均勻性問(wèn)題，但提高表

6、面接枝率可以改進(jìn)其與環(huán)氧樹(shù)脂的共混均勻性能。c)較大球徑的表面接枝二氧化硅球(400nm)與環(huán)氧樹(shù)脂有較好的共混性能。d、)在較大球徑的表面接枝二氧化硅球(400nm)共混樣本中發(fā)現(xiàn)，提高微球共混比例以及表面接枝率有利于環(huán)氧樹(shù)脂體系的增韌。 3) 考慮到正向原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法需要在二氧化硅表面首先引入大分子引發(fā)劑，合成路線比較長(zhǎng)而復(fù)雜。所以本文在最后一章嘗試性的在二氧化硅微球表面引入帶雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑，用反向原子轉(zhuǎn)移自由基聚合