高性能生物基環(huán)氧樹脂及其固化劑的合成、表征與性能研究.pdf

1、松香是一種豐富的可再生資源,全球的年產(chǎn)量高達(dá)110-150萬噸。它剛性的環(huán)狀結(jié)構(gòu)和一些石油基的芳香族或脂肪族化合物媲美,使得它可以應(yīng)用于一些高性能聚合物的合成。為利用松香這種可再生資源,合成出新的生物基熱固性材料以緩解日益嚴(yán)重的石油危機(jī)帶來的壓力,本文在以下幾方面進(jìn)行了研究:
　　 1、以松香酸和馬來酸酐為原料,通過D-A反應(yīng)合成了高純度的馬來海松酸酐,用IR、NMR、元素分析等對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。在此基礎(chǔ)上,分別用馬來海松酸酐

2、和偏苯三酸酐對環(huán)氧樹脂DER662E進(jìn)行固化,并用DMA、力學(xué)性能測試儀、TGA等對比研究了固化后環(huán)氧樹脂的模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能和耐熱性能。探索了生物基馬來海松酸酐作為環(huán)氧樹脂固化劑替代石油基偏苯三酸酐的可能性。由MPA和TMA作為固化劑固化后所得環(huán)氧樹脂的模量基本相同,其模量在2500 M-Pa左右。但是前者具有略高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(具體為127Ⅰ和121℃)。其彎曲強(qiáng)度亦沒有太大差別,TMA／DER662E固化產(chǎn)

3、物的彎曲強(qiáng)度為105±1 MPa,MPA／DER662E固化產(chǎn)物的為107±2 MPa。這可能是由于MPA和TMA在固化環(huán)氧樹脂DER662E時,具有相同的官能度(都是一個酸酐和一個羧基,官能度為3),但是MPA相對于TMA而言,其龐大的氫菲環(huán)結(jié)構(gòu)具有更大的空間位阻效應(yīng),從而在一定程度上提高了環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
　　 2、以可再生資源松香為原料經(jīng)D-A加成、酸酐水解、酯化等一系列反應(yīng)合成了高環(huán)氧值的生物基環(huán)氧樹脂,并以生

4、物基(包括松香基和桐油基)的固化劑固化所合成的環(huán)氧樹脂,并對固化產(chǎn)物的性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,通過調(diào)配松香基固化劑(MPA)和桐油基固化劑(TOA)的復(fù)合比例可以得到一種綜合性能俱佳的生物基熱固性材料。
　　 雖然MPA固化的松香基環(huán)氧樹脂與桐油酸酐固化產(chǎn)物在模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度具有明顯的優(yōu)勢,但美中不足的是其材料性能在沖擊強(qiáng)度上的劣勢也很明顯,因此有必要加以改善,從而提高其使用范圍。我們嘗試用不同比例的TOA混合MPA共同固化環(huán)

5、氧樹脂,以得到一種性能全面優(yōu)越的材料以滿足各方面的應(yīng)用。單純等當(dāng)量的桐油酸酐的固化的松香基環(huán)氧樹脂其彈性模量僅為900 MPa左右,當(dāng)其分別混入30％和70％(以環(huán)氧當(dāng)量計(jì)算)的馬來海松酸酐共同固化環(huán)氧樹脂時,模量分別增加至1400 MPa和2000 MPa左右,同時單純的馬來海松酸酐固化該生物基的環(huán)氧樹脂時時,所得固化產(chǎn)物的沖擊強(qiáng)度僅為1.84 kJ／m*m,當(dāng)分別與一定量的桐油酸酐混合后固化所得產(chǎn)物沖擊強(qiáng)度提高了75％左右。