环氧树脂用潜伏型固化剂的合成及性能研究

环氧树脂是一种在分子结构中包含有两个或两个以上的环氧基团的高分子化合物。脂肪族、脂环族和芳香族结构在这一化合物中发挥着重要的作用。固化剂在环氧树脂的应用过程中发挥着至关重要的作用。在工业技术不断发展的情况下, 固化剂的种类也表现出了日益丰富的特点

1潜伏性固化剂的有关概念

环氧树脂固化剂主要由显在型固化剂、潜伏形固化剂和湿致型固化剂等多种固化剂组成[1]。固化剂与环氧树脂混合物在是室温常态下的存储稳定性, 是对显在性固化剂和潜伏性固化剂进行区分的主要依据。在常温常态下, 潜伏性固化剂对环氧基团的反映会表现出惰性的特征。热量、光照、湿气和压力是潜伏性固化剂与环氧树脂发生固化交联反应的主要触发条件。潜伏性固化剂主要可以分为以下几种形式, 一是热致型潜伏固化剂;二是湿致型潜伏固化剂;三是光致型潜伏固化剂。

2环氧树脂用潜伏性固化剂的合成与性能研究

(1) 无卤阻燃汉胺硼酸酯DBD的合成

易燃性是环氧树脂固化物的主要特性。对该材料的阻燃性的提升, 已经成为了学者所关注的一个重要问题。溴元素的应用, 是一些学者所采取的提高环氧数树脂材料阻燃性的措施, 但是由于含溴物质在然收过程中会释放出多溴二苯并呋喃和二噁英等有毒物质, 因而, 无卤阻燃研究成为了环氧树脂材料研究过程中的一大热点要素。在本文中, 笔者主要以无卤阻燃含胺硼酸酯DBD的合成过程为例, 对潜伏性固化剂的合成与性能问题进行了探究。

在亲核加成反应的作用下, 9, 10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物 (以下简称DOPO) 与甲醛之间可以衍生出含有羟基的衍生物[2]。这种衍生物与硼酸正丁酯、二甲基乙醇胺之间的酯交换反应, 可生成一种名为含磷含胺硼酸酯的化合物 (以下简称DBD) 。单组份环氧树脂 (E51-DBD) 的制备也成为了潜伏性固化剂合成过程中的一项重要措施。下表所示的内容是E51-DBD的潜伏性测试结果

(注:表格中的E51-NBD为单组份环氧树脂)

从表格中所示的内容来看, 在DBD与E51 (环氧树脂预聚物) 为100:10的情况下, 单组份环氧树脂的可以表现出一定的潜伏性能, 但是在比值逐渐增加的情况下, 稳定存储周期的缩短, 表明E51-DBD在DBD添加剂的加入量逐渐增加的情况下表现出了潜伏性能降低的问题。

(2) 环氧树脂固化物E51-DBD的阻燃性能

极限氧指数是对高分子的阻燃性能进行评价的重要指标。它与环氧树脂固化物的阻燃性能之间存在这一种正相关的关系。下表所示的内容是DBD加入量不同的情况下, 环氧树脂固化物的极限氧指数实验结果

从上述表格中所示的内容来看, 相比于E51/DBDB1, E51DBD2的磷含量比E51/DBDB1的磷含量高出了38个百分点, 但是极限氧指数值却提升了30%百分点。极限氧指数值愈高, 环氧树脂固化物愈难燃烧, 因而, 在DBD材料不断增加以后, 磷元素的含量会有所提升, 环氧树脂固化物的阻燃性也会得到显著的提升[3]。从DBD固化剂的阻燃性能的产生机理来看, DBD中的含磷部分在受热以后会生成偏磷酸、聚磷酸等化合物, 这些物质在促进环氧脱水以后会形成一定的致密碳层, 这些因素在覆盖在燃烧物的表面以后, 会通过阻隔热量的方式来实现阻燃的目的。

(3) 环氧树脂固化物E51-DBD的热稳定性

环氧树脂固化物的热稳定性是其适用的温度范围的决定因素, 也是其应用价值的主要影响要素。因而对这一材料的热稳定性问题的研究, 对高分子材料的开发工作有着积极的指导意义。

在将TG试验应用于环氧树脂固化物热稳定性研究试验以后, 下表中的内容就是不同环氧树脂固化物的热稳定性数据。

(注:E51/PN是指将DMEA作为固化剂, 与环氧树脂固化物进行混合的过程中, 加入DOPO以后所形成的磷元素含量为1%的)

从表格中所述的内容来看, E51-DBD2在900℃时的残炭率要明显高于E51/PN的含碳率。在环氧树脂预聚物的固化反应中, DBD发挥的是固化剂的作用。E51-DBD中含有的硼酸酯结构在燃烧过程中会产生硼酸酐或硼酸这两种物质, 他们课题让可燃物在氧化作用下产生二氧化碳, 这就可以让固化物的成炭率有所提升, 因而, 硼元素的存在对固化物残炭率的增加有着一定的促进作用。在将表1与表3进行综合分析以后, 我们可以发现, 在固化剂DBD的含量逐渐增加的情况下, E51-DBD材料的热稳定性会表现出逐渐下降的趋势, 但是固化物的残炭率却会表现出逐渐增加的趋势。

摘要：环氧树脂是一种优良的耐化学腐蚀性、力学性能、粘结性和绝缘性的热固性树脂, 本文主要对环氧树脂潜伏性固化剂的合成和性能问题进行了探究。

关键词：环氧树脂,潜伏性固化剂,合成,性能

参考文献

[1] 刘巧燕.环氧树脂用潜伏型固化剂的合成及性能[D].华南理工大学, 2013.

[2] 李柳慧.环氧树脂阻燃潜伏型固化剂的合成及其性能研究[D].华南理工大学, 2012.

[3] 卢放.新型环氧树脂固化剂的合成及性能研究[D].大连理工大学, 2013.