基于氢键作用的环氧树脂潜伏性固化剂的理论研究

摘要

环氧树脂在使用时，需要加入固化剂形成三维网状立体结构，才能得到良好的性能和使用价值。潜伏性固化剂与环氧树脂混合配制得到的单组分环氧树脂体系，具有操作工艺简单、环境污染小、产品质量好等优点，目前已成为环氧树脂固化剂研究的热点课题。
　　本课题组已通过实验，采用熔融法或溶剂法将线性酚醛树脂与DMP-30混合，制备了一种新型环氧树脂潜伏性固化剂。本文采用色散校正的密度泛函（B3LYP-D3）计算方法，通过几何参数、相互作用能、频率分析、NBO分析、电子密度拓扑分析、热力学分析、溶剂效应等，研究了复合物中的氢键相互作用。主要包括以下内容：
　　1.对环氧固化剂线性酚醛树脂的低聚物模型（聚合度n=2）与促进剂DMP-30之间的氢键作用进行了理论研究，并初步解释了其潜伏性固化机理。
　　2.考察了线性酚醛树脂链长变化（聚合度n=3～8）时，对所得复合物结构及稳定性的影响，进行了一系列分析计算，并与实验结果进行对比。
　　计算结果表明，随着线性酚醛树脂链长的增大，其与DMP-30逐渐有形成包合结构的趋势，二者形成的氢键复合物的稳定性随之增加。实际应用中，考虑到链长增大时线性酚醛树脂的软化点升高，选取n=6～8的线性酚醛树脂较为合适。随着温度的升高，复合物氢键断裂过程的自发趋势变大，复合物的稳定性降低，分子间的氢键缔合作用逐渐减弱。因此，复合物在室温下较为稳定，具有良好的潜伏性。当需要固化时，升高温度，即可进行固化反应。
　　3.采用显式溶剂化模型和隐式溶剂化模型两种方法考察了甲醇、乙醇、丙酮溶剂对线性酚醛树脂与DMP-30氢键作用的溶剂效应。
　　计算结果表明，选取极性更大的甲醇溶剂时，溶剂化效应更强，有利于得到更加稳定的复合物结构，从而表现出更好的潜伏性。
　　4.对线性酚醛树脂与二乙烯三胺间的氢键作用进行了研究。
　　计算结果表明，线性酚醛树脂与二乙烯三胺也能形成具有较强氢键作用的复合物结构，与DMP-30相比，二乙烯三胺拥有更小的分子体积，氨基也更为集中，当线性酚醛树脂链长增加时，更易与其形成包合结构，且得到的复合物稳定性更强，有望制得潜伏性更好的新型潜伏性环氧树脂固化剂。

目录

声明

1 绪论

1.1 环氧树脂

1.2 环氧树脂固化剂

1.3 潜伏性环氧树脂固化剂

1.4 本课题主要研究内容及意义

2 理论计算研究方法

2.1 密度泛函理论

2.2 色散校正泛函

2.3 自然键轨道理论

2.4 分子中的原子理论

2.5 分子表面静电势

2.6 RDG函数等值面图形化研究弱相互作用

2.7 溶剂效应模型

2.8 计算软件

3 线性酚醛树脂与DMP-30间氢键作用的理论研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 线性酚醛树脂的链长变化对氢键复合物稳定性的影响

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 线性酚醛树脂与DMP-30间氢键作用的溶剂效应研究

5.1 引言

5.2 计算方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

6 线性酚醛树脂与二乙烯三胺间氢键作用的理论研究

6.1 引言

6.2 计算方法

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

7 结论

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文