異氰酸酯改性咪唑類固化劑的合成及其解封與固化行為評價研究.pdf

1、咪唑類化合物是環(huán)氧樹脂十分重要的一類固化劑，其在中常溫條件下反應(yīng)活性高，毒性低，且以其為固化劑的樹脂體系在固化之后力學性質(zhì)良好。然而未經(jīng)改性的咪唑也具有顯著的缺點，比如:大部分在常溫下為固體，與環(huán)氧樹脂混合困難;高溫下有一定的揮發(fā)性;樹脂體系適用期短等。為了克服咪唑這些缺點，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，對其進行化學改性是一條可行的科學途徑，其中異氰酸酯是一類十分有效的改性劑。
　　本論文采用六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、三甲基六亞甲基二異

2、氰酸酯（TMHDI）和二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)成功合成了三種高結(jié)構(gòu)純度的改性2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)固化劑，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了所制備的異氰酸酯改性2E4MI的解封與固化行為，并揭示了其結(jié)構(gòu)與環(huán)氧樹脂基本性能之間的關(guān)系，為研制高性能咪唑類固化劑提供數(shù)據(jù)支持和理論指導。
　　TG、熱臺FTIR和同步TG-DSC的結(jié)果表明三種異氰酸酯改性2E4MI的熱穩(wěn)定性順序為:MDI-2E4MI＞HDI-2E4MI＞TMHDI-

3、2E4MI，且它們都表現(xiàn)出兩步解封行為，其中HDI-2E4MI和TMHDI-2E4MI在解封之前都經(jīng)歷了熔化過程，但MDI-2E4MI不經(jīng)歷熔化過程而直接解封揮發(fā)。接著，對三種異氰酸酯改性2E4MI的固化行為進行研究，發(fā)現(xiàn)其存在兩種不同的固化機理。MDI-2E4MI的固化活性最高，且只有一步固化。而HDI-2E4MI和TMHDI-2E4MI都經(jīng)歷了三步固化。第一步固化是第一步解封產(chǎn)生的2E4MI與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)，第二步固化為第一步解封產(chǎn)

4、生的異氰酸酯和第一步固化產(chǎn)生的羥基之間的反應(yīng)，第三步固化是第二步解封產(chǎn)生的2E4MI和異氰酸酯共同與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)。在第一步固化階段（α＜0.1），TMHDI-2E4MI比HDI-2E4MI的固化速率高，之后隨著HDI參與固化反應(yīng)，HDI-2E4MI的固化速率超過TMHDI-2E4MI。HDI-2E4MI在α=0.1處的活化能比TMHDI-2E4MI高，之后其活化能要低于TMHDI-2E4MI。整體來看，MDI-2E4MI的活化能隨著固

5、化度增加而緩慢降低，而HDI-2E4MI和TMHDI-2E4MI的活化能隨著固化度增加表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。
　　最后系統(tǒng)研究了三種異氰酸酯改性2E4MI/AFG90體系的結(jié)構(gòu)與固化產(chǎn)物的基本性能之間的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明，樹脂固化產(chǎn)物的儲能模量、拉伸模量、彎曲模量、玻璃化溫度和維卡軟化點溫度的高低順序均符合:MDI-2E4MI/AFG90＞TMHDI-2E4MI/AFG90＞HDI-2E4MI/AFG90，這與三種異氰酸酯的剛性順序