新型膨胀单体预聚物改性环氧树脂的研究

摘要

环氧树脂固化时会产生体积收缩，引起内应力变化和机械力学性能下降。实验发现，螺环原酸酯类和螺环原碳酸酯类单体在阳离子引发剂作用下进行双开环聚合反应时，伴随着体积膨胀。因此螺环单体改性环氧树脂已引起广泛关注与研究。 本文介绍了环氧树脂的特点和体积收缩效应的原因，对比了常用的减少体积收缩的方法，并阐述了膨胀单体的类型、合成方法和最新研究进展及今后研究方向。本文先合成了膨胀单体3，9-二羟甲基—3’，9’—二乙基-1，5，7，11-四氧杂螺环[5，5]十一烷，然后设定两个平行的实验方案：方案1利用1，6-亚乙基二异氰酸酯(HDI)和丙二醇制备聚氨酯预聚物，再与膨胀单体共聚(SOCP1)；方案2则利用2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)和丙二醇制备聚氨酯预聚物，同样再与膨胀单体共聚(SOCP2)，如此制备出两种不同结构的膨胀单体预聚物。利用红外光谱及核磁共振谱对膨胀单体及预聚物进行了官能团和结构分析，并预测了聚合膨胀原理。最后，将膨胀单体预聚物按照不同份数与环氧树脂共混，以三氟化硼单乙胺( BF3·NH2Et)为固化剂，研究其改性树脂的各项性能。体积变化率的测定是本实验较核心的内容。通过分析比对多种测试方法，并结合本实验的特殊性自制膨胀计，用以观察并测定固化过程体积的动态变化和体积变化率，并结合密度法共同研究体积变化情况，提高了测试结果的准确性及可靠性。实验研究了膨胀单体预聚物的引用对了树脂中环氧基团的转化率的影响；利用DSC、TG和DTG等热分析手段，对比测试了两种方案的固化反应原理及热稳定性，结合DMA测定了玻璃化转变温度，通过对拉伸剪切强度的测定，研究其作为结构胶黏剂的力学性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 前言

1.1环氧树脂固化收缩

1.1.1体积收缩效应

1.1.2减少体积收缩的常用的方法

1.2膨胀聚合反应机理

1.2.1膨胀聚合反应的理论

1.2.2膨胀单体与聚合物的结构与膨胀聚合反应

1.3论文的研究意义

1.4论文的研究内容

第2章膨胀单体预聚物的合成及表征

2.1膨胀单体简介

2.1.1螺环原碳酸酯合成方法简介

2.1.2膨胀单体的研究进展

2.1.3膨胀聚合反应的应用

2.2聚氨酯

2.2.1聚氨酯结构与特性

2.2.2聚氨酯预聚物的研究进展

2.2.3聚氨酯预聚物的应用

2.3实验方案的确定

2.3.1单体合成方法的选择

2.3.2将单体制备成预聚物的理由

2.4实验原料和实验仪器

2.4.1实验原料

2.4.2实验仪器

2.5 3,9-二羟甲基-3'，9'-二乙基-1，5,7,11-四氧杂螺环[5，5]十一烷的合成

2.5.1实验步骤和现象

2.5.2产品物性

2.6聚氨酯预聚物的合成及端基滴定

2.6.1 聚氨酯预聚物的合成实验步骤和现象

2.6.2端异氰酸酯基滴定

2.7膨胀单体预聚物的合成及均聚反应

2.7.1膨胀单体预聚物的合成

2.7.2膨胀单体预聚物的均聚反应

2.8测试与表征

2.8.1红外光谱分析

2.8.2核磁共振分析

2.9结果与讨论

2.9.1膨胀单体及其预聚物的表征

2.9.2单体的阳离子开环聚合

2.10本章小结

第3章共混改性环氧树脂固化收缩的研究

3.1研究背景

3.2实验方案的确定

3.3实验方法

3.3.1试样的配制

3.3.2体积收缩的测定

3.4结果与讨论

3.4.1 固化时间对固化反应过程中体积变化的影响

3.4.2 固化反应共聚树脂的体积变化率

3.4.3计算膨胀单体预聚物的体积膨胀率

3.5本章小结

第4章改性环氧树脂的性能测定

4.1测试方案的确定

4.2化学试剂及实验仪器设备

4.2.1化学试剂

4.2.2实验仪器设备

4.3测试与表征

4.3.1用DSC测定固化反应

4.3.2改性环氧树脂的DMA测定

4.3.3拉伸剪切强度测试

4.3.4环氧基体转化率的测定

4.4结果与讨论

4.4.1 DSC法研究固化反应

4.4.2 DMA

4.4.3拉伸剪切

4.4.4环氧基团转化率

4.5本章小结

第5章结果与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文