改性环氧树脂体系的设计合成及性能研究
本论文合成了一系列的环氧树脂预聚物,用来改善通用环氧树脂(DGEBA)的抗冲击性能和阻燃性能,系统研究了所合成物质的结构和其对通用环氧树脂性能的影响。此外,本文还以生物低聚糖β-环糊精作为主要原料合成了一种可以在酸性条件下降解的环氧树脂,并系统研究了这种环氧树脂的结构、性能和降解性能。主要工作如下:
1.应用有机硅合成中的两种典型反应硅氢化反应和缩合反应合成了一种末端含有多重环氧基团的碳硅氧烷(E-carbosiloxane),并用作环氧树脂的增韧剂。在合成过程中,考察了反应温度和催化剂类型对于E-carbosiloxane结构的影响,发现当反应温度控制在50℃以下并使用Karstedt-type催化剂时进行反应可以得到与所设计结构一致的结构。将E-carbosiloxane与通用环氧树脂(DGEBA)共固化,得到共固化物。表征了E-carbosiloxane填充量对共固化物冲击强度、玻璃化转变温度(Tg)、储能模量(E')和耐热性的影响。测试结果显示,冲击强度随着E-carbosiloxane填充量的增加而增加；玻璃化转变温度和储能模量随着填充量的增加先上升后下降,并在7.5wt％时达到最高值；随着E-carbosiloxane填充量的增加,共固化物的耐热性也得到了一定程度的提高。
2.利用硅氢化反应,以高含氢硅油作为主要原料合成了一种高含硅量的环氧树脂预聚物(multi—functional polysiloxane,PMGS)。将PMGS与通用环氧树脂DGEBA共固化后,得到共固化物,并系统表征了PMGS填充量对共固化物玻璃化转变温度、储能模量、耐热性和阻燃性能的影响。其中,玻璃化转变温度和储能模量随着填充量的增加先上升后下降,并在填充量为10wt％时达到最高值,在15wt％时回降到未改性固化样条的水平值；共固化物的耐热性随着填充量的增加逐步上升。相对于未改性样条(LOI:23.2),共固化样的阻燃性能也得到一定程度的提高,当填充量为20wt％时,共固化样条的LOI值可以达到29.5。
3.以六氯环三磷腈、单氢烷氧基硅烷单体和环氧丙醇作为原料合成了一种反应型磷、硅、氮协同型阻燃剂六(3-三缩水甘油基硅基丙撑)三聚磷腈(HGPP)。通过与通用环氧树脂DGEBA共固化,得到共固化物。与未经HGPP改性的固化物相比,共固化物的玻璃化转变温度和储能模量先上升后下降,在填充量为10wt％时,达到最高的玻璃化转变温度和储能模量。随着填充量的增加,共固化物的耐热性和阻燃性逐步提高。与未改性样条和PMGS改性样条相比,HGPP改性的固化物阻燃性能更佳,在填充量为15wt％时,共固化物的LOI值可以达到32.1。
4.以低聚糖β-环糊精作为主要原料,合成了两种可以在酸性条件下降解的环氧树脂epoxy-β-CD。对合成物质结构的表征表明该环氧树脂经固化反应后仍然保留了β-环糊精的大环状结构,大环上的7个葡萄糖环以α-1,4糖苷键首尾相连。对固化物进行DSC测试发现出现了两个明显的玻璃化转变温度峰,这也表明固化物中β-环糊精大环状结构的存在。剥离力测试发现,β-环糊精含量增加,固化物的剥离力变大,这归因于固化物结构极性和β-环糊精吸附力的提高。当将该环氧树脂的固化物浸泡在酸性溶液里时,α-1,4糖苷键将会首先发生水解反应,β-环糊精的大环状结构将分解为小分子,使得环氧树脂固化物解聚,从而提高了环氧树脂的降解性能。
环氧树脂;增韧改性;阻燃性能;可降解;抗冲击性能;碳硅氧烷;增韧剂
北京化工大学
博士
材料科学与工程
励杭泉
2011
中文
TQ323.5;TQ316.6
128
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）