含呋喃基双酚型环氧树脂的制备及其固化机理的研究

摘要

常规的环氧树脂通过环氧基的开环反应进行固化,双重固化环氧体系是指除环氧环的开环反应外,还可以进行其它的固化反应。通过树脂设计,引入其它的反应官能团,使固化剂按照两种不同的固化机理进行反应,从而调整环氧树脂的性能和特性,是一种新型环氧树脂的改性方法。双重固化技术是一种重要的固化手段,与单一固化反应相比,双重固化可以改变树脂的交联点、交联密度、耐高温性。
　　 本文通过分子设计在双酚中引入含共轭双键的呋喃基,然后再与环氧氯丙烷反应合成了含共轭双烯结构的环氧树脂。该树脂中的呋喃环可与不饱和酸酐中的双键发生Diels-Alder反应,同时树脂中的环氧环还可以与酸酐基进行开环酯化反应,从而可以进行双重固化,形成一种多环结构,这样不仅增加了体系的交联密度,提高体系的耐热性,而且为环氧树脂固化研究增加了一种新的双重固化手段。本论文主要工作如下:
　　 以2,6-二甲基苯酚和糠醛为原料经碱催化缩合而成含呋喃基双酚-双(4-羟基-3,5-二甲基苯基)呋喃甲烷。研究了酚醛摩尔比、催化剂用量、反应温度和反应时间对双酚的收率影响,优化了反应条件:酚醛摩尔比2.2:1,酚碱摩尔比1:O.11,反应温度65℃,反应时间5h。在此条件下的收率为61.7％。采用FTIR、1H-NMR、MS对合成产物结构进行了表征,测得其熔点为151.1℃,纯度为99.52％。
　　 利用上述呋喃基双酚与环氧氯丙烷在季铵盐的催化下,经二步法制备了含呋喃基双酚型环氧树脂,采用NMR、FTIR对产物进行了结构表征。通过旋转粘度计测定粘度,计算得出含呋喃基环氧树脂的粘流活化能(85.95KJ／mol)比E51树脂的粘流活化能(73.45KJ／mol)高,表明该树脂对温度更为敏感。用盐酸-丙酮法测得其环氧值为0.38mol／100g。同时,该树脂易溶于大部分醇类试剂中,是一种醇溶型环氧树脂。
　　 采用FTIR、DSC和NMR研究了呋喃基环氧树脂／马来酸酐固化体系的固化行为。分析结果表明:环氧树脂不仅进行了环氧基开环反应,还进行了Diels-Alder反应,即双重固化反应；同时研究了含呋喃基环氧与马来酸酐发生D-A反应程度随时间的变化规律；最后得出了整个固化体系中Diels-Alder反应程度为35.75％。动态力学分析表明,以马来酸酐为固化剂时,呋喃基环氧树脂固化物比E51环氧树脂固化物的耐热性高。
　　 采用多种环氧树脂固化剂,对比研究了含呋喃基环氧树脂和E51环氧树脂的凝胶时间,结果表明:含呋喃基环氧树脂／固化剂体系的凝胶时间较短,凝胶速度较快。

目录

文摘

英文文摘

Contents

符号说明

第一章 文献综述

1.1 环氧树脂的简介及发展

1.1.1 环氧树脂的发展

1.1.2 环氧树脂的种类和性能特点

1.2 环氧树脂单体双酚的合成

1.2.1 双酚系化合物的合成

1.2.2 双酚合成的催化反应机理

1.3 环氧树脂的制备

1.4 环氧树脂的固化

1.4.1 环氧树脂固化剂

1.4.2 环氧树脂的固化机理

1.5 论文选题的目的和意义

第二章 实验部分

2.1 实验原料及实验仪器

2.1.1 合成原料及分析用试剂

2.1.2 固化用试剂

2.1.3 实验设备及测试仪器

2.2 含呋喃基环氧树脂的合成

2.2.1 含呋喃基双酚的合成

2.2.2 含呋喃基环氧树脂的合成

2.3 表征与性能测试

2.3.1 傅里叶红外光谱测试

2.3.2 核磁测定

2.3.3 质谱测定

2.3.4 液相色谱测定

2.3.5 示差扫描量热法

2.3.6 粘度测定

2.3.7 相对分子量测定

2.3.8 环氧值测定

2.3.9 凝胶化时间的测定

2.3.10动态力学分析

2.3.11力学性能测试

第三章 结果与讨论

3.1 含呋喃基双酚的合成

3.1.1 反应机理

3.1.2 反应条件的优化

3.1.3 不同反应因素对双酚收率的影响

3.1.4 双酚的性能测定

3.2 双酚的结构表征与分析

3.2.1 双酚的红外光谱表征

3.2.2 双酚的核磁表征

3.2.3 双酚的质谱表征

3.3 含呋喃基环氧树脂的合成

3.4 环氧树脂的结构表征

3.4.1 红外表征

3.4.2 核磁表征

3.4.3 环氧树脂的溶解性

3.5 环氧树脂粘度的测定

3.6 环氧值和分子量测定

3.7 环氧树脂/马来酸酐的双重固化反应的研究

3.7.1 环氧树脂/马来酸酐热分析

3.7.2 Diels-Alder反应程度

3.7.3 固化体系红外表征

3.7.4 固化物核磁表征

3.7.5 凝胶化时间的测定

3.7.6 玻璃化转变温度的测定

3.8 不同体系固化物反应凝胶时间

3.9 固化物力学性能

3.9.1 冲击性能

3.9.2 拉伸性能

3.9.3 弯曲性能

3.9.4 粘接性能

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书