芴基環(huán)氧樹脂及固化劑的合成與性能研究.pdf

1、雙酚芴(BHPF)是一種含有Cardo環(huán)骨架結(jié)構(gòu)的雙酚類化合物，是合成聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂、聚酯或聚醚等縮聚產(chǎn)品的重要單體或改性劑。雙胺芴為具有芴基骨架的芳香二元胺類化合物，可作為環(huán)氧樹脂的固化劑。以BHPF為原料合成的耐熱環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯等材料具有良好的熱穩(wěn)定性、高透明性、高折射率及易溶等特性，廣泛用于航空航天、電子、汽車等領(lǐng)域。 本文通過縮合反應(yīng)合成了系列BHPF和雙胺芴，以雙酚芴為原料，制備出芴基環(huán)氧樹脂；用IR、NMR、

2、LC—MS和元素分析對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)采用環(huán)境友好的固體酸作為縮合反應(yīng)的催化劑，減少了廢酸中和過程，催化劑可回收循環(huán)使用。當(dāng)催化劑(陽離子交換樹脂)用量為14％，酚酮比8：1，反應(yīng)溫度105℃，反應(yīng)時(shí)間為8h時(shí)，雙酚芴產(chǎn)率在85％左右，熔點(diǎn)222～223℃，純度達(dá)到99.5％。雙鄰甲酚芴(BMPF)和雙鄰二甲酚芴(BDMPF)產(chǎn)率分別為67％和76.8％，熔點(diǎn)分別為217～219℃和289～291℃。雙酚芴的合成機(jī)理屬于親核加成—

3、消去反應(yīng)歷程。以二氯芴為原料，合成了BMPF。該反應(yīng)是在甲烷磺酸催化劑存在下進(jìn)行，二氯芴與鄰甲酚摩爾比為1：3.4，反應(yīng)溫度低于30℃，BMPF產(chǎn)率達(dá)到67％，熔點(diǎn)218～219℃。該方法反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時(shí)間短，可作為雙酚芴的一種新的合成方法。 分別以苯胺、鄰甲苯胺、N—甲基苯胺和鄰二甲基苯胺為原料，合成了雙胺芴(BAF)、雙鄰甲胺芴(BMAF)、雙—N—甲基胺苯基芴(BNMAF)和雙二甲基胺苯基芴(BDMAF)，在芴酮、苯胺

4、(或鄰甲苯胺、N—甲基苯胺、鄰二甲基苯胺)和催化劑物質(zhì)的量比為1：8：1.0，甲烷磺酸為催化劑，反應(yīng)溫度150-175℃，反應(yīng)時(shí)間12～16h，氮?dú)鈿夥諚l件下，產(chǎn)物收率達(dá)到70％，熔點(diǎn)分別為236～237℃、230～232℃、205～207℃和120～121℃。 以雙酚芴和環(huán)氧氯丙烷為原料，合成了芴基環(huán)氧樹脂。當(dāng)BHPF、環(huán)氧氯丙烷、NaOH、相轉(zhuǎn)移催化劑的摩爾比為1:12：3：0.1，反應(yīng)溫度65℃，反應(yīng)時(shí)間3h，雙酚芴環(huán)氧樹

5、脂(DGEBF)的環(huán)氧值達(dá)0.405eq/100g。雙鄰甲酚芴環(huán)氧樹脂(DGEMBF)和雙二鄰甲酚芴環(huán)氧樹脂(DGEDMBF)的環(huán)氧值分別為0.368和0.334eq/100g。 采用DSC法對(duì)雙酚A環(huán)氧(DGEBA)、脂環(huán)族環(huán)氧(TDE—85)、DGEBF、DGEMBF以及共混樹脂進(jìn)行固化工藝和非等溫固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，確定了各類固化體系的固化工藝；用Kissenger法、Ozawa法、Crane法計(jì)算了固化反應(yīng)活化能和反應(yīng)級(jí)

6、數(shù)。Kissenger法計(jì)算的活化能低于Ozawa法，用Crane法求出的反應(yīng)級(jí)數(shù)小于1，說明上述固化體系發(fā)生的是復(fù)雜反應(yīng)。 利用DMA、TGA研究了芴基環(huán)氧樹脂以及雙胺芴固化劑的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。芴基具有龐大的Cardo環(huán)結(jié)構(gòu)，使得苯基的旋轉(zhuǎn)受到嚴(yán)重阻礙，聚合物鏈段的熱運(yùn)動(dòng)和內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到抑制，因此賦予了芴基聚合物具有更高的剛性，熱分解活化能進(jìn)一步提高，非極性官能團(tuán)數(shù)量的增多以及固化交聯(lián)密度的下降抑制了水分的侵入。雙胺芴固化劑

7、由于含有大體積的剛性芴基結(jié)構(gòu)，增加了固化分子鏈的規(guī)整性和分子鏈間的相互作用，固化物的自由體積減?。臻g位阻加大，鏈段的運(yùn)動(dòng)受到抑制，加上分子中非極性苯環(huán)數(shù)量多，交聯(lián)密度低，產(chǎn)生羥基數(shù)量少，所以固化物的耐熱性和耐濕熱性較常規(guī)二胺基二苯亞砜(DDS)、二胺基二苯甲烷(DDM)和酸酐固化體系有較大提高。 雙酚芴環(huán)氧樹脂與通用環(huán)氧樹脂具有非常好的相容性，通過共混，可極大改善通用環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性和耐濕熱性能。DGEBF與DGEBA和TD