PEO嵌段功能化SIS/SBS的分子设计及其调控环氧树脂纳米微相结构的机理研究

SIS/SBS copolymers with functional poly(ethylene oxide) blocks (PEO) are synthesized with styrene, butadiene/isoprene and oxirane monomers through living anionic polymerization, in which Li initiators are used with assistance of a small amount of cocatalyst. Serving as templates of nano-phase structure, they are utilized to fabricate nano-structured epoxy composites. Via precisely regulating the molecular structures of functionalized SIS/SBS copolymers and further investigating the effect of their molecular structures on microscopic separation and nano-phase structures in epoxy resin, this project aims at building the relationship between the molecular structures of functionalized SIS/SBS copolymers and the nano-phase structures and performances of epoxy composites, revealing the mechanism of how to regulate the nano-phase structures and performances of epoxy composites by the molecular structures of functionalized SIS/SBS copolymers, founding new methods of fabricating nano-structured epoxy composites, resolving basic theoretical issues of the functionalized SIS/SBS copolymers as templates of nano-phase structure, providing scientific basis to designing special templates of the functionalized SIS/SBS copolymers with precise molecular structures for nano-structured epoxy composites, and having notable scientific significance in developing and enriching the theory of composite material science.

本申请拟采用活性负离子聚合方法，以苯乙烯、丁二烯/异戊二烯、环氧乙烷为单体，在少量助催化剂辅助下，使用Li系引发剂合成聚环氧乙烷（PEO）嵌段功能化苯乙烯系热塑弹性体（SIS/SBS），以其为纳米微相结构模板制备环氧树脂复合材料。通过精准调控功能化SIS/SBS的分子结构，研究弹性体模板的分子结构对其在环氧树脂中的微相分离行为及纳米微相结构的影响，构筑功能化SIS/SBS分子结构与环氧树脂复合材料的纳米微相结构和性能之间的构效关系，揭示以功能化SIS/SBS分子结构调控环氧树脂纳米微相结构及性能的机理，建立制备纳米微相结构环氧树脂复合材料的新方法，解决功能化SIS/SBS作为纳米微相结构模板的基础性理论问题，为环氧树脂体系量身定制分子结构清晰的功能化SIS/SBS模板提供科学依据，对发展和丰富复合材料学理论具有显著的科学意义。

本项目采用活性负离子聚合技术和官能化方法，设计并合成出系列含聚环氧乙烷（PEO）链段的功能化弹性体，获得对其化学组成、分子链结构、PEO链段分布等分子结构参数进行精确调控的方法。所开发的含PEO链段功能化弹性体制备技术对今后我国合成橡胶的产业升级有很好的促进作用。将含PEO链段功能化弹性体应用于环氧树脂的增韧，对环氧树脂复合材料的断裂韧性、冲击强度、热稳定性等性能进行分析表征，考察了复合材料的纳米微相结构，研究了功能化弹性体对环氧树脂的增韧机理。不同的主链分子结构及PEO链段长度对环氧树脂体系中的微相分离结构有很大的影响，具有特定结构的功能化弹性体可以极大提高和改善环氧树脂复合材料的综合性能，对高性能环氧树脂材料的开发有重要的理论研究价值及实际意义。本项目开发出部分特殊结构的功能化弹性体，在生物医用热熔压敏胶及燃料电池用阴离子交换膜等方面有很好的应用前景。项目组在4年项目执行期在国内外期刊上发表论文8篇（其中SCI收录5篇，EI收录4篇），申请国家发明专利2项，培养出7名硕士研究生，并参加了多次国内相关学术讨论会。