超支化聚合物增韧改性环氧树脂的研究进展

罗世文　王威力　娄小杰

摘 要：本文对超支化聚合物进行了介绍，简述了国内外对于超支化聚合物在环氧树脂应用中的探索和研究情况。文章重点对环氧树脂中加入一定含量的超支化聚合物进行了分析，指出了超支化聚合物在改善环氧树脂性能方面作出的贡献。文章具有一定的参考价值。

关键词：超支化聚合物;环氧树脂;性能改善

0 引言

环氧树脂（EP）在机械性能、耐热性能以及腐蚀性能等方面有着突出的表现，当今社会对于环氧树脂的应用十分广泛。然而，在实际使用过程中，各行各业都表示环氧树脂高度交联的结构造成了其韧性较差的问题，因此众多学者与科研人员都开始重视对改善环氧树脂性能的研究。近年来，以超支化聚合物（HBPs）为代表的相关研究成为了增韧改性环氧树脂的重要研究内容。

1 超支化聚合物概述

聚合物是一种新型材料，常见的聚合物包括树枝状聚合物、超支化聚合物以及线性聚合物等，其结构图1所示。从图中可以清晰看出，HBPs超支化聚合物的结构与化合物极为相像，尽管其分子结构看上去不如树形那么完美，不过结构依然表现出递增的状态。受自身结构特点的影响，超支化聚合物的合成方法是相对容易的，其自身呈现出低黏度、高溶解度的属性。基于以上分析，采用超支化聚合物来改善环氧树脂的性能，可以节约更多的成本。

2 近年来HBPs改性EP研究进展

2.1 国外研究进展

国外在HBPs超支化聚合物改性环氧树脂EP方面的研究是十分丰富和全面的。国际研究基本上是基于氰酸酯的增韧和固化行为开展的科研，就目前来看其取得的成果是十分可喜的。

2.2 国内研究进展

2.2.1 HBPs增韧EP的研究

我国在研究HBPs增韧EP方面付出了巨大的努力与心血。特别是在超支化聚合物对环氧树脂EP 固化速率、环氧转化率、体系黏度以及固化物韧性等的影响方面下足了功夫。目前，我国在HBPs增韧EP方面的研究已取得一些收获，但还缺少重大突破与创新。

2.2.2 HBPs改性EP的固化行为的研究

我国在HBPs改性EP固化行为方面作了大量研究。我国科研人员在碱的作用下对某超支化聚酯做改性环氧树脂试验，并通过DSC探究了有关物质的固化行为，计算得出固化反应活化能。我国还对超支化聚合物和环氧树脂的固化反应与自催化反应进行了深入研究，并且已经找到了部分反应历程相符的产品。通过不断的探索与试验，目前，我国已经采取一步法合成了新型的、低粘度的超支化聚合物。

3 性能分析

3.1 力学性能分析

加工性能是否优良直接关系到热固性环氧树脂的应用效果。对于传统的增韧改性剂而言，其通常具有较高的相对分子质量，因此其在固化以后，经相分离就能实现增韧的效果。在对环氧树脂进行加工的时候通常希望获得较低的黏度。然而，较高的相对分子质量通常决定了较高的黏度。所以，采用传统的增韧改性剂进行加工很难避免高黏度物质的形成。而利用超支化聚合物进行改性，其达到的效果显然是不同的。HBPs超支化聚合物的分子尺寸通常比较小，并且自身有较多短小的支链，这些分子链和分子间一般不会出现缠绕现象，故其分子间相互的作用力通常很小，这也让HBPs超支化聚合物具有了黏度偏低的特点。在环氧树脂中混入超支化聚合物，不仅可以减小环氧树脂的黏度，两者的相容性也比较好，环氧树脂的力学性能也会得到改善。如图2所示，图中展示了超支化聚合物与浇铸体的力学性能。

从图2中不难看出，在15%质量比内，环氧树脂的冲击强度和韧性都随着超支化聚合物含量的增加而不断提高。在质量比HBP为5%以上时，环氧树脂的韧性更是得到了大幅度提升。而当含量达到15%时，树脂的冲击强度最大，其值为22.3kJ/m2。

3.2 耐热性能分析

实践表明，部分增韧剂确实能有效改善环氧树脂的韧性，但是也会大大降低环氧树脂的耐热性。图3反映了当环氧树脂中混入了1.5成超支化聚合物后，新的环氧树脂与纯环氧树脂耐热性的区别。从图3中可以清晰看到，两者走势基本一致，环氧樹脂的玻璃化温度并没有因为加入了1.5成的超支化聚合物而发生太大改变。

图4展示了在环氧树脂中混入了1.5成超支化聚合物后，新的环氧树脂与纯环氧树脂的TGA曲线差别。从图4可以轻易得出，两者的固化物曲线走势相同，只是在高温范围中，混有15%含量超支化聚合物的环氧树脂才会表现出更好的性能。基于以上分析可以得出，在纯环氧树脂中适量加入一定比例的超支化聚合物，对于改善环氧树脂的耐热性能具有正面影响。

4 结论

在环氧树脂EP中加入适量的超支化聚合物HBPs一方面可以有效促进环氧树脂的固化。同时，一定比例的超支化聚合物HBPs在改善环氧树脂EP的韧性，提高环氧树脂EP抗冲击强度等方面都具有明显的功效。不过，超支化聚合物HBPs还属于新兴领域，要想全面发挥其优势，进一步融会贯通，还要继续不断实践与探索。

参考文献：

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[3]李志能，张力，董桂兰，胡杨山.超支化聚酯的合成及改性环氧树脂的研究[J].广东化工，2012（06）：97-98.

作者简介：

罗世文（1989- ），男，汉族，安徽亳州人，研究生，硕士，现职称：助理工程师，研究方向：复合材料成型工艺。