(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯用于聚合物网络刚度调节

2025/9/3 10:30:25 作者:电离式

性质

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯(TCDDA)是一种具有刚性三环骨架的双官能团丙烯酸酯单体,室温下为液体,在405nm紫外光(强度5.2mW/cm²)照射下,可与PEGDA、IBoA同步聚合,无明显诱导期差异;具有优异的热稳定性,纯TCDDA均聚物的玻璃化转变温度(T₉)可达70℃以上,显著高于柔性PEGDA均聚物(T₉≈20℃)。

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯.png

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯

结构

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯的分子结构由两部分构成,刚性三环核心:分子骨架为三环[5.2.1.0²,⁶]癸烷,由三个环状结构稠合形成的紧凑刚性单元,这种空间位阻大、旋转受限的结构可显著抑制分子链段运动,是赋予丙烯酸酯网络高刚度与高热稳定性的核心;分子两端具有丙烯酸酯基团(-CH=CH-COOH)。

应用

聚丙烯酸酯网络刚度调节

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯具有调节聚丙烯酸酯网络刚度、调控光聚合诱导相分离(photo-PIPS)过程及优化材料微观结构与性能的作用,它的功能是调节室温刚度与热稳定性。随着摩尔分数从Resin1的20%提升至Resin3的40%,网络的室温储能模量(G')从1010.7±28.1MPa增至1273.8±48.1MPa,提升幅度达26%;玻璃化转变温度(T₉)从49.9±0.1℃(Resin1)升至71.1±0.3℃(Resin3),这是由于(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯的刚性三环结构限制了网络链段的热运动,需更高温度才能激活链段松弛;三种树脂的橡胶态模量(T>T₉时的G')基本一致。

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯通过提升网络刚度,显著抑制PPG4000的扩散,从而改变相分离动力学。随着含量增加,PPG4000体系的透光率下降幅度从15%降至8%,相分离程度减弱;达到最小透光率的时间从300s缩短至200s,刚性网络加速了凝胶化,提前终止PPG4000的长程扩散;透光率下降阶段的速率从Resin1的0.05%/s降至Resin3的0.02%/s,刚性网络降低了PPG4000的扩散系数,减缓了亚域生长速率。

(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯的刚性网络不仅影响相分离动力学,还通过改变体系的应变能影响相分离热力学。柔性网络(低TCDDA含量)中,PPG亚域的生长所需克服的应变能低,易形成大尺寸、不规则亚域;刚性网络(高TCDDA含量)中,亚域生长需克服更高的网络应变能,仅能形成小尺寸、规则亚域,且亚域与网络的界面结合更紧密。其含量增加使介观亚域从Resin1_4000的~500nm降至Resin3_4000的~200nm,亚域尺寸分布从宽分布(CoV=0.437)变为窄分布(CoV=0.346);刚性网络与PPG4000亚域的界面张力降低。

机械性能

纯树脂的拉伸强度随(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯含量从Resin1的45MPa增至Resin3的55MPa;加入PPG后,强度均下降,但TCDDA含量越高,强度损失越小——Resin3的强度损失(10%)显著低于Resin1(20%),这是由于小尺寸亚域的应力集中效应更弱,且刚性网络能更好地分散应力;纯树脂的断裂伸长率随TCDDA含量从Resin1的25%降至Resin3的15%,表明刚度提升导致脆性增加;但加入PPG4000后,Resin3_4000的断裂伸长率(20%)高于Resin1(18%),小尺寸亚域可在刚性网络中引入有限的塑性变形,缓解脆性;

热稳定性

Resin3的T₉(67.1±0.2℃)比纯Resin3(71.1±0.3℃)仅下降3℃,而Resin1的T₉(48.2±0.3℃)比纯Resin1(49.9±0.1℃)下降1.7℃,刚性网络更能抵抗PPG对链段运动的激活;85℃热老化400h后,Resin3的拉伸强度保留率(80%)高于Resin1(65%),(八氢-4,7-亚甲基-1H-茚-1,5-亚基)双(亚甲基)二丙烯酸酯的刚性网络提升了材料的热稳定性[1]。

参考文献

[1] KantaDasPurkaysta,LaurenZakrzewski, andCatalinR.Picu. Effect of Stiffness on Phase Separation Kinetics during Photo-PIPS of Acrylate Networks. [J] ACSAppl.Polym.Mater.2025,7,8123?8132

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