DDS型官能环氧树脂的合成与应用研究

摘要

环氧树脂具有粘接力强、机械强度高、电绝缘性能优良、耐溶剂性能好等特点，使其合成与应用研究成为耐高温材料的研究热点之一。
　　本课题以4，4'-二氨基二苯砜(DDS)和环氧氯丙烷(ECH)以及氢氧化钠(NaOH)为基本原料，合成了一种耐高温环氧树脂---N，N，N'，N'-四缩水甘油基-4，4'-二氨基二苯砜(TGDDS)。TGDDS结构中存在苯基结构单元，且分子中含有强吸电子基-砜基，使得整个化合物物化性质稳定，因此合成出来的TGDDS树脂具有耐高温、透明性好、稳定性好等优点。它将作为一类重要的高性能复合材料的基体材料。
　　本文主要分以下四部分展开研究工作:
　　一、DDS型多官能环氧树脂的合成、表征及性能研究。
　　二、TGDDS环氧胶粘剂的制备及其固化动力学研究。
　　三、TGDDS环氧胶粘剂性能研究。
　　四、TGDDS环氧胶粘剂与TGDDM环氧胶粘剂性能对比。
　　首先探索出了合适的催化剂---TCAT-172，在催化剂---TCAT-172的催化作用下，以4，4'-二氨基二苯砜(DDS)与环氧氯丙烷(ECH)为主要原料，反应得到氯代中间产物，再加入助剂---C-98、氢氧化钠水溶液进行闭环反应，然后进行水洗、减压蒸馏，最终合成得到了常温下为固态的棕黄透明TGDDS树脂，并采用FTIR对产物进行表征。考察了催化剂用量，开环反应温度、时间，闭环反应温度、时间，原料配比，减压蒸馏时间对产物性能的影响，从而确定了最优合成工艺。合成的DDS型多官能环氧树脂---TGDDS，产率为90％～92％，环氧值为0.70～0.71，挥发分为0.95％～1.0％。
　　选用端羧基丁腈橡胶对TGDDS环氧树脂进行增韧改性，并与2-乙基-4-甲基咪唑固化剂和S330偶联剂混合，制备出TGDDS环氧胶粘剂。采用非等温DSC研究了TGDDS/2，4-EMI体系的固化动力学，确定了体系的理论固化工艺:100℃/0.5h→110℃/3h→120℃/0.5h，得到了固化反应的动力学方程:dα/dt=4.4×106exp(-55000/RT)(1-α)0.8930。
　　考察了不同组分配方的TGDDS环氧胶粘剂在不同固化工艺下的力学性能，从而确定了最佳配比，同时也验证了理论固化工艺，进一步优化及确定固化工艺为:室温→80℃/0.5h→100℃/0.5h→110℃/3h→120℃/0.5h。测试了TGDDS胶粘剂的拉伸剪切强度、凝胶化时间、粘度、吸水率、电学能、接触角，计算出了环氧胶的相对介电常数、表面能。最后得到的TGDDS环氧胶粘剂常温拉伸剪切强度达23.8MPa，100℃条件下拉伸剪切强度仍有13.8MPa;吸水率为1.22％左右;相对介电常数整体在3.83～3.95之间;表面能为44.5mJ/m2，疏水性能好。
　　在相同固化工艺条件下，研究对比了TGDDS环氧胶与TGDDM环氧胶力学性能与理化性能。结果表明:TGDDS环氧树脂与TGDDM环氧树脂的实际环氧值与自身理论环氧值的比值相当，均达83％以上;常温及高温条件下，TGDDS环氧胶的拉伸剪切强度均高于TGDDM环氧胶;TGDDS/2，4-EMI体系与TGDDM/2，4-EMI体系的表观活化能分别为51.4kJ/mol、49.3kJ/mol，均在可接受范围;TGDDS环氧胶固化物的相对介电损耗比TGDDM环氧胶固化物的相对介电损耗小;两固化物的吸水率均较小，表面能均较低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 环氧树脂的简介

1．2．1 环氧树脂国内外发展状况

1．2．2 环氧树脂的种类

1．2．3 环氧树脂的合成方法

1．2．4 环氧树脂分析测试的标准及方法

1．2．5 环氧树脂的应用

1．3 环氧胶粘剂的概述

1．3．1 环氧胶粘剂的发展历程

1．3．2 环氧胶粘剂的组成

1．3．3 环氧胶粘剂的分类

1．3．4 环氧胶粘剂的应用

1．4 耐高温环氧胶粘剂

1．4．1 耐高温环氧胶粘剂的简介

1．4．2 提高耐热性的方法

1．4．3 耐高温环氧胶粘剂的应用

1．5 本课题研究的目的及主要内容

第二章 DDS型多官能环氧树脂的合成、表征及性能研究

2．1 引言

2．1．1 DDS型多官能环氧树脂的简介

2．1．2 本章创新点及研究内容

2．2 合成实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器和设备

2．2．3 DDS型多官能环氧树脂的合成工艺

2．3 DDS型多官能环氧树脂的表征及性能测试

2．3．1 傅立时红外分析(FTIR)

2．3．2 环氧值

2．3．3 挥发分

2．4 结果与讨论

2．4．1 红外光谱

2．4．2 催化剂用量对产物的影响

2．4．3 开环反应温度对产物的影响

2．4．4 开环反应时间对产物的影响

2．4．5 闭环反应温度对产物的影响

2．4．6 闭环反应时间对产物的影响

2．4．7 原料配比对产物的影响

2．4．8 减压蒸馏条件的确定

2．5 本章小结

第三章 TGDDS环氧胶粘剂的制备及其固化动力学研究

3．1 引言

3．2 本章主要研究内容

3．3 实验原料及仪器设备

3．3．1 实验原料

3．3．2 实验设备

3．4 TGDDS环氧胶粘剂的制备

3．4．1 TGDDS环氧胶粘剂组分的选择

3．4．2 TGDDS环氧胶粘剂组成与配胶工艺

3．5 TGDDS环氧胶粘剂的固化动力学研究

3．5．1 引言

3．5．2 理论依据

3．5．3 非等温DSC测试方法

3．6 TGDDS环氧胶粘剂的固化动力学参数及固化工艺的确定

3．6．1 固化体系特征温度的测定

3．6．2 固化工艺的确定

3．6．3 固化反应表观活化能及频率因子的计算

3．6．4 固化反应级数的计算

3．6．5 固化体系动力学方程的确定

3．7 本章小结

第四章 TGDDS环氧胶粘剂性能研究

4．1 引言

4．2 实验原料及设备

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备

4．3 TGDDS环氧胶粘剂的性能测试

4．3．1 拉伸剪切强度测试

4．3．2 凝胶化时间测试

4．3．3 粘度测试

4．3．4 吸水率测试

4．3．5 电性能测试

4．3．6 接触角测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 胶粘剂各组分用量对力学性能的影响

4．4．2 凝胶化时间

4．4．3 粘度

4．4．4 吸水率

4．4．5 电学性能

4．4．6 接触角与表面能

4．5 本章小结

第五章 TGDDS环氧胶粘剂与TGDDM环氧胶粘剂性能对比

5．1 引言

5．2 实验原料与设备

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验设备

5．3 实验方法

5．3．1 TGDDS与TGDDM环氧胶粘剂的制备

5．3．2 TGDDS与TGDDM环氧胶粘剂的固化工艺

5．4 结果与讨论

5．4．1 TGDDS与TGDDM环氧树脂的理论环氧值、实际环氧值对比

5．4．2 TGDDS与TGDDM环氧胶粘剂拉伸剪切强度对比

5．4．3 TGDDS／2，4-EMI与TGDDM／2，4-EMI体系凝胶化时间与表观活化能对比

5．4．4 TGDDS与TGDDM环氧胶粘剂固化物吸水率对比

5．4．5 TGDDS与TGDDM环氧胶粘剂固化物电学性能对比

5．4．6 TGDDS与TGDDM环氧胶粘剂固化物接触角与表面能对比

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

在读期间发表论文及申请专利

致谢