異氰酸酯-環(huán)氧樹脂固化反應及其性能的研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂膠黏劑具有良好的可設計性及綜合性能，在很多領域得到了廣泛的應用。環(huán)氧膠粘劑的性能決定于環(huán)氧樹脂和固化劑結構，其中固化劑的結構對環(huán)氧樹脂膠黏劑的工藝性能、固化性能、耐溫性能和使用性能起到重要的影響作用，因此通過固化劑結構的改變是研究環(huán)氧膠粘劑的重要方法。目前常用的固化劑發(fā)生的反應是與環(huán)氧環(huán)發(fā)生開環(huán)加成反應形成三維網(wǎng)狀結構。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，尤其是電子工業(yè)和現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展，目前環(huán)氧膠粘劑在介電性能（介電常數(shù)和介電損耗）、耐溫性

2、和耐濕熱性等方面難于滿足要求，成為環(huán)氧樹脂應用的瓶頸。通過設計開發(fā)新型環(huán)氧樹脂改善性能的方法也是比較常用的方法，但是實現(xiàn)工業(yè)化難度較大，所以加強開發(fā)研究新型固化劑，通過新型固化機理及性能的研究對擴大其應用范圍不僅具有理論意義，更具有重要的實際意義。
　　 環(huán)氧基團和異氰酸酯的-NCO基團可以反應生成由碳、氧、氮元素組成的五元雜環(huán)結構噁唑烷酮，同普通的胺和酸酐固化形成的環(huán)氧樹脂結構相比，增強了分子鏈的剛性，減少了主鏈上弱鍵的數(shù)量及

3、羥基數(shù)量，從而改善了環(huán)氧樹脂膠黏劑在韌性、熱穩(wěn)定性、介電性能、耐水性和耐溶劑性等方面的性能，但是應用于環(huán)氧樹脂固化劑，還有許多科學和實際應用問題并不清楚，影響了該類固化體系的應用。
　　 本文以異氰酸酯(MDI)作為環(huán)氧樹脂(E-51)的固化劑，以期得到一種具有耐熱性，耐水性，低介電性的環(huán)氧樹脂膠黏劑。主要分析研究了MDI/E-51體系的固化反應機理，不同類型催化劑體系的固化反應動力學以及固化物的性能。主要的研究內容和結論如下:

4、
　　 1.研究了MDI/E-51體系不同原料化學計量比、不同固化條件對固化產物結構的影響，以及催化劑在固化反應的中的反應機理。結果表明，MDI固化E-51可形成五元環(huán)結構的噁唑烷酮和六元環(huán)結構的異氰脲酸酯兩種結構。環(huán)氧樹脂過量有利于生成噁唑烷酮結構，異氰酸酯過量有利于生成異氰脲酸酯結構。固化反應過程分為三步反應，在催化劑存在下，140℃以下，MDI主要發(fā)生自身的聚合生成三聚體（異氰脲酸酯）;在200℃，異氰脲酸酯與E-51開環(huán)

5、生成噁唑烷酮;在230℃，異氰脲酸酯與環(huán)氧自聚后的碳-碳-氧結構生成噁唑烷酮。催化劑的主要作用機理是，首先與異氰酸酯生成活性中間體，活性中間體引發(fā)異氰酸酯的三聚反應和噁唑烷酮的生成。
　　 2.研究了不同結構催化劑對MDI/E-51固化體系固化反應的影響。根據(jù)催化機理，開發(fā)了離子液體催化劑，研究并得到了DMP-30、離子液體[EMIM]Ac以及離子液體[AMIM]Cl催化作用下的固化反應動力學。結果表明，離子液體[AMIM]Cl

6、對第一步反應的催化效率較高，DMP-30能顯著降低第二步和第三步固化反應的活化能。
　　 3.研究了不同配比的MDI/E-51固化物的性能。結果表明，隨著I/E的（I:異氰酸酯基，E:環(huán)氧基）的增大，不同固化物的玻璃化轉變溫度、彈性模量逐漸變大;熱失重分析表明，固化物有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，熱分解動力學研究表明，噁唑烷酮結構的熱穩(wěn)定性優(yōu)于異氰脲酸酯結構;力學性能隨I/E值的增大先達到一個最大值后又出現(xiàn)下降的趨勢;固化物的介電性能優(yōu)良，