5-羟甲基间苯二酚二缩水甘油醚的合成及其应用

来源 :黑龙江省科学院石油化学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pinxue
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环氧树脂是一种重要的热固性树脂,广泛应用于许多领域,例如,用作胶黏剂应用于航空航天,用作电子封装材料,用作涂料等。但因固化后交联密度高,导致其冲击强度低、抗裂纹扩展能力差以及脆性大,限制了它在某些特殊领域的应用。因此,在过去的几十年里,环氧树脂的增韧改性一直是研究者们研究的一个重点。目前,对环氧树脂增韧改性的方法很多,包括热塑性树脂增韧、液体橡胶增韧、纳米粒子增韧。本研究首先合成了5-醛基间苯二酚二缩水甘油醚,然后,对其结构上的醛基进行还原,合成了5-羟甲基间苯二酚二缩水甘油醚,最后,利用5-羟甲基间苯二酚二缩水甘油醚对端异氰酸酯基聚氨酯预聚体进行封端合成了端环氧基聚氨酯,通过将具有柔性链段的端环氧基聚氨酯与普通双酚A型环氧树脂(DGEBA)进行共混,来达到提高环氧树脂固化体系韧性的目的,对一系列共混体系的粘接性能、力学性能以及热性能进行了分析和探讨。首先,通过开环醚化和加碱闭环两步法合成了5-醛基间苯二酚二缩水甘油醚(ARDGE),确定了最优的合成条件为:醚化阶段选择苄基三乙基氯化铵为相转移催化剂,催化剂用量为3,5-二羟基苯甲醛摩尔数的2%,醚化温度为95℃,醚化时间为6 h,3,5-二羟基苯甲醛与环氧氯丙烷用量比为1:8,闭环阶段选择加入NaOH固体颗粒,NaOH用量为DHBA摩尔数的2.4倍,在33℃下分批次加入,加完后控制在33℃搅拌2 h,而后升温至75℃继续反应2 h,最终所得产物环氧值为0.79,产率为95%。然后,对ARDGE进行还原,合成了目标产物5-羟甲基间苯二酚二缩水甘油醚(HMRDGE),通过薄层色谱法(TLC)跟踪ARDGE的还原反应进程,对还原剂(NaBH4)的用量进行了优化,结果表明:最佳的NaBH4用量为ARDGE摩尔数的4倍。利用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和核磁共振碳谱(13C NMR)分析方法对ARDGE和HMRDGE的结构进行了确定;通过凝胶渗透色谱(GPC)和高效液相色谱(HPLC)分析,对其分子量和纯度进行了探究。将HMRDGE与两种不同链长的聚氨酯预聚体反应制备了不同分子量的端环氧基聚氨酯(ETPU1000和ETPU2000),利用FT-IR对其合成反应时间进行了确定。通过非等温DSC法研究了4,4′-二氨基二苯甲烷(DDM)固化ETPU1000添加量为50 wt%的DGEBA/ETPU1000共混体系(50 wt%ETPU1000+DGEBA/DDM)以及ETPU2000添加量为50 wt%的DGEBA/ETPU2000共混体系(50wt%ETPU2000+DGEBA/DDM)的固化动力学,确定了固化体系的固化温度、表观活化能、反应级数、反应速率常数以及固化动力学方程。对ETPU1000和ETPU2000改性环氧树脂体系的粘接性能进行了研究,研究表明,当ETPU1000和ETPU2000的添加量均为其混合体系的50 wt%时,两种混合体系的常温剪切强度达到最大值,分别为42.76 MPa和37.74 MPa,比纯环氧树脂固化体系提高了49.15%和31.64%;当ETPU1000和ETPU2000的添加量均为其混合体系的25 wt%时,与纯环氧树脂固化体系相比,70℃剪切强度涨幅分别为39.03%和23.37%、100℃剪切强度涨幅分别为2.62%和1.56%,120℃剪切强度涨幅分别为13.57%和7.65%;两种混合体系的常温90°剥离强度均随着端环氧基聚氨酯含量的增加而增加。对改性体系的力学性能进行考察发现,ETPU1000和ETPU2000的加入对环氧树脂的冲击强度和断裂伸长率均有不同程度的提高,ETPU2000对环氧树脂的增韧效果更加明显。当两种改性环氧树脂体系中端环氧基聚氨酯的添加量均为25 wt%,各自共混体系的拉伸强度达到最大值。通过DSC、DMA和TGA测试手段对两种混合体系的热性能进行了研究,研究表明,通过在DGEBA中混入端环氧基聚氨酯,均使体系的玻璃化转变温度(Tg)、交联密度和热稳定性有不同程度的降低。利用扫描电子显微镜(SEM)对DGEBA/ETPU2000共混体系的断裂面形貌进行了研究,研究发现,随着端环氧基聚氨酯的加入,断裂表面由脆性断裂向韧性断裂过渡,ETPU2000的添加量越大,断裂面的韧性断裂特征越明显。
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