[发明专利]衣康酸超支化聚酯及组合物与其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种衣康酸超支化聚酯。该衣康酸超支化聚酯由衣康酸和三元羟基化合物反应制备得到。本发明还公开了衣康酸超支化聚酯的组合物，该组合物可用于制备环氧树脂固化物和碳纤维复合材料。制备得到的衣康酸超支化聚酯可显著提高环氧树脂固化物及碳纤维复合材料的力学性能、界面性能和热性能。制备的环氧树脂固化物可在温和条件下实现重塑加工和化学循环回收衣康酸超支化聚酯，制备的碳纤维复合材料可化学循环回收衣康酸超支化聚酯和碳纤维布。本发明工艺简单，可应用于航空航天、电子封装、发电叶片、印刷电路板等领域。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种衣康酸超支化聚酯及组合物与其制备方法和应用。

背景技术

环氧树脂由于其优异的机械性能、耐溶剂性和热稳定性，被广泛应用于粘合剂、涂料、电子封装和复合材料等领域。然而，传统的环氧树脂由于其永久交联网络和热固性，导致其再加工、降解或回收变得非常困难。目前环氧树脂回收的方法主要为热解法、机械法和超临界流体法等，这些方法普遍存在回收率低、降解时间长、能源损耗大或降解产物无法回收等问题，不能满足当前发展需要，发展具有可循环回收的环氧树脂具有深远的战略意义。

通过在环氧树脂聚合物网络中引入可逆的化学键来生产可回收、可再加工和可自我修复的环氧树脂是一种有效的策略。该策略主要包括可逆的非共价相互作用和可逆的共价键作用(酯键、二硫键及亚胺键等)。其中，可逆共价键的聚合物网络，可以在高温下重新排列环氧热固性树脂的拓扑结构并提供一种使热固性塑料具备“可塑”特性。动态共价键基于热力学平衡反应在一定条件下发生断裂和重组，可以再加工、重塑和回收。但目前含动态共价键环氧树脂通常需要催化剂催化，而这些催化剂会影响环氧树脂的耐水性和耐化学稳定性；另一方面，较高的动态交换反应活化能和拓扑冻结转变温度限制了其应用。通过在环氧树脂中引入动态共价键还可以实现环氧树脂的化学降解，赋予了其自修复、可回收利用、形状记忆特性等性能。但目前可降解环氧树脂的降解条件依然较为苛刻，需要在较高温度或强酸、强碱和强氧化剂以及有机溶剂条件下进行。其次是降解产物仅有少部分可进行回收，无形中降低了降解性环氧树脂的实用性。此外，动态键的引入降低了环氧树脂强度、热稳定性能和环境稳定性能等，导致含动态键的材料在某些极端或特殊环境下不适用。因此，设计制备可在温和条件下使环氧树脂材料可控降解与高附加值回收利用的高分子材料或由该高分子材料制备的环氧树脂及复合材料是实现环氧树脂可持续发展的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种可显著提高环氧树脂及碳纤维复合材料的力学性能、界面性能和热性能的衣康酸超支化聚酯。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述衣康酸超支化聚酯的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种衣康酸超支化聚酯，其结构式如下所示：

其中

且R₂中和饱和碳相连的羰基与内层R₁相连接，R₂中和不饱和碳相连的羰基与外层R₁相连接，所述内层R₁是指上述结构式中与R₂左侧相连的R₁，所述外层R₁是指上述结构式中与R₂右侧相连的R₁。因此，上述结构式中的OH都是与R₂中和不饱和碳相连的羰基相连接。

为解决上述第二个技术问题，本发明提供的衣康酸超支化聚酯的制备方法包括以下步骤：将衣康酸、三元羟基化合物在100-160℃下搅拌反应1-4h，即得衣康酸超支化聚酯，所述的三元羟基化合物为三羟甲基丙烷、三羟乙基异氰尿酸酯或丙三醇中的一种，所述衣康酸、三元羟基化合物的摩尔比为1.0:(0.3-0.5)。