含缩醛基脂环族环氧树脂的合成及降解性能

摘要

由于固化后的脂环族环氧树脂拥有优异的物理和化学性能，粘结强度高，硬度高，韧性好，介电性能优异和较小的固化收缩率，在国民经济生活的各个方面都有很广泛的使用。其固化的碳纤维复合材料更是在汽车轻量化，风力发电以及航空航天领域有着重要的作用。但是随之而来的是环氧树脂的后处理非常麻烦，且对环境产生了很大污染，尤其是在复合材料使用之后，其中的有用材料得不到有效回收而造成巨大的浪费，增加了成本。随着不可再生资源的消耗和环境污染等问题越来越严重，设计可降解的环氧树脂成为一种很好的解决方案。本文通过分子设计，将化学不稳定的缩醛基团引入到高交联密度的环氧树脂网络中，使用3-环己烯-1-甲醇分别和对三氟甲基苯甲醛，苯甲醛，对甲基苯甲醛，对甲氧基苯甲醛为反应原料通过缩醛反应和环氧化反应设计合成了CF3-ER，H-ER，CH3-ER和CH3O-ER四种含有缩醛建可降解的脂环族环氧树脂，并采用了FTIR，1H NMR，13C NMR和MS等测试方法对所合成的环氧单体进行了表征。 本文采用了酸酐固化环氧和阳离子引发固化环氧两种方法，并研究了不同固化方法的固化动力学。首先以HMPA为酸酐固化剂对所合成的环氧树脂进行了固化，并通过Kissinger理论分析计算而确定了相应的固化程序：100℃/2 h+170℃/2 h+200℃/2 h。其次使用引发剂KWM-753进行固化反应，同样确定了其固化程序：70℃/8 h+80℃/1 h+100℃/2 h+120℃/2 h+140℃/2 h。采用合适的工艺以HMPA为固化剂制成了碳纤维复合材料。 最后通过DMA、TGA、弯曲测试、断裂测试和降解性能测试分析了固化的环氧树脂的热性能和力学性能，并分析了碳纤维复合材料的力学性能和降解回收性能。酸酐固化的环氧的的Tg要明显高于阳离子固化的环氧的Tg。酸酐固化的环氧树脂和阳离子引发固化的环氧树脂的起始降解温度都达到300℃或是300℃以上。四种环氧固化物都具有一定的力学强度。在降解实验中，随着取代基推电子能力的增强，降解速率会越来越快。随着酸度和PH的减小，降解速率会越来越快。阳离子固化的环氧降解速率比酸酐固化的环氧快。而碳纤维复合材料也具有比较好的力学性能，对降解后的碳纤维单根纤维拉伸测试和SEM测试，结果显示回收的碳纤维的力学性能和表面形态都保持不变，并且回收后的碳纤维可以多次重复利用。这对复合材料以及一些贵金属的回收有非常重要的意义。

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