不飽和聚酯樹脂(UPR)增韌增強改性,是改善其性能的重要方面。為克服純UPR固化物存在的性脆、模量低以及由體積收縮引起的制品翹曲和開裂變形等缺點,擴大其應用范圍,就必須對其進行增韌增強改性。UPR增韌增強改性方法首先是通過改變主鏈結構增韌增強,目的是提高UPR主鏈的對稱性,可使其分子結構在固化過程中免受破壞,從而提高力學性能。如制備的高分子質量間苯型UPR的力學性能就優(yōu)于鄰苯型UPR,原因就是因為間苯型UPR主鏈的對稱性好于鄰苯型UPR。在UPR主鏈中引入柔性鏈段,可以有效改善UPR的脆性。如將己二酸作為韌性改性劑引入到主鏈中,制成雙環(huán)戊二烯(DCPD)型UPR,其韌性得到了顯著提高。將UPR的端羧基和端羥基封閉,可以得到綜合性能優(yōu)異的UPR。又如用半縮聚法合成的分子質量高,且分布窄的DCPD型UPR的綜合性能,優(yōu)于191UPR也就是這個原因。其過程是首先DCPD對UPR的端基封閉作用,既降低了一COOH和一OH等親水基團含量又增大了空間位阻,使端基上的酯鍵受到保護,從而提高了UPR的化學穩(wěn)定性,耐水、耐酸、耐堿等性能。
中國不飽和樹脂網(wǎng)專家表示,其次這種封端作用也減少了樹脂中的熱不穩(wěn)定單元,并使大部分端基成為活性點,交聯(lián)點增多,使固化物更加密實、提高了固化物的耐熱能力;最后,DCPD的引入還縮短了聚酯分子鏈,增加了單位分子鏈上的雙鍵數(shù)目,同時UPR分子鏈上的端基活性點在引發(fā)劑、催化劑存在下打開、交聯(lián),在表面較快地生成一層膜,使UPR的固化不受氧氣的影響,其表干和實干時間均比191UPR短。纖維增韌增強UPR用各種纖維,如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強UPR應用極為普遍。過去對這類材料的降解問題考慮較少,造成了很大的環(huán)境污染。近來,纖維增強增韌UPR的降解性能開始得到重視和研究。制備可降解的纖維增韌增強UPR的方法,主要有應用可降解的纖維和合成具有降解性能的UPR基體樹脂2種??山到獾脑鰪娎w維多是天然植物纖維。其原因在于它具有質輕、廉價、易得和可循環(huán)自分解、對環(huán)境無污染等特點。以苧麻織物為增強相制成了具有環(huán)境意識的UPR基復合材料。具有降解性能的UPR的合成研究工作還處于起步階段,如發(fā)現(xiàn)含有乳酸酯鏈節(jié)的UPR的水解能力比普通交聯(lián)UPR高,且其固化物的拉伸強度與普通UPR相當。用其作為復合材料的基體樹脂,有望制成滿足環(huán)境降解和資源可再生性要求的材料。
聚合物微凝膠增韌增強UPR聚合物微凝膠,也常被稱為一凝膠,其分子結構介于大分子和宏觀網(wǎng)絡聚合物之間。一個微凝膠顆粒即為一個大分子,這個大分子鏈被限定在一定區(qū)域內進行分子內交聯(lián)而形成網(wǎng)狀結構。若在聚合物微凝膠顆粒的表面或內部帶有可以進一步反應的基團,即為反應性聚合物微凝膠。制備反應性聚合物微凝膠的聚合方法主要有(無皂或核殼)乳液聚合和分散聚合等。反應性聚合物微凝膠對UPR具有明顯的增韌效能??蒲腥藛T以羧基封端的低分子質量UPR和苯乙烯為單體,采用無皂乳液共聚合方法,制得了聚合物微凝膠乳液,并用其改性UPR。由于該聚合物微凝膠表面帶有羧基,能與UPR分子鏈上的羥基反應,起到交聯(lián)或擴鏈作用,因而能大幅度提高沖擊強度。如當UPR/St(1/0.6質量比)用量為UPR質量的3%時,沖擊強度可從17.9 kPa提高到41.4 kPa。聚合物微凝膠也可提高UPR的觸變指數(shù)。如劉德華[Hj以苯乙烯和丙烯酸丁酯為單體,二乙烯基苯為交聯(lián)劑,利用乳液聚合法制備出聚合物微凝膠,可使UPR的觸變指數(shù)從1.0提高到1.7。
關于聚氨酯增韌增強UPR。聚氨酯(PU)增韌增強UPR的方式,主要有液體聚氨酯直接增韌UPR、通過調節(jié)溶解度參數(shù)或化學交聯(lián)方法提高聚氨酯,和UPR的相容性以強化增韌增強效果和形成聚合物互穿網(wǎng)絡(IPN)法3種。利用PU與UPR制成IPN結構,可以有效改善力學性能。當改性體系受到外力沖擊時,韌性組分PU能吸收大部分的沖擊能量,從而顯著提高UPR的力學性能。如當PU含量為10%,沖擊強度和拉伸強度可分別提高80%、150%,且對彎曲強度影響不大。又制成了以UPR和PU的IPN為基的玻璃纖維復合材料。當PU含量為5%時沖擊強度提高近50%,拉伸強度略有提高且抗彎曲強度,基本不因PU的加入而下降。熱塑性彈性體增韌增強UPR也有好的效果,目前多采用液體橡膠來增韌UPR。因為液體橡膠容易在UPR中分散均勻,并可與UPR的端基通過化學反應接枝到UPR主鏈上或與UPR形成IPN結構來強化兩相間的界面結合、提高相容性,改性體系呈現(xiàn)均相結構或微觀相分離結構,再加上橡膠相本身的高柔韌性,就可以顯著提高UPR的韌性。 |