含呋喃基双酚型环氧树脂的制备及其固化机理的研究

论文摘要

常规的环氧树脂通过环氧基的开环反应进行固化,双重固化环氧体系是指除环氧环的开环反应外,还可以进行其它的固化反应。通过树脂设计,引入其它的反应官能团,使固化剂按照两种不同的固化机理进行反应,从而调整环氧树脂的性能和特性,是一种新型环氧树脂的改性方法。双重固化技术是一种重要的固化手段,与单一固化反应相比,双重固化可以改变树脂的交联点、交联密度、耐高温性。本文通过分子设计在双酚中引入含共轭双键的呋喃基,然后再与环氧氯丙烷反应合成了含共轭双烯结构的环氧树脂。该树脂中的呋喃环可与不饱和酸酐中的双键发生Diels-Alder反应,同时树脂中的环氧环还可以与酸酐基进行开环酯化反应,从而可以进行双重固化,形成一种多环结构,这样不仅增加了体系的交联密度,提高体系的耐热性,而且为环氧树脂固化研究增加了一种新的双重固化手段。本论文主要工作如下：以2,6-二甲基苯酚和糠醛为原料经碱催化缩合而成含呋喃基双酚—双（4-羟基-3,5-二甲基苯基）呋喃甲烷。研究了酚醛摩尔比、催化剂用量、反应温度和反应时间对双酚的收率影响,优化了反应条件：酚醛摩尔比2.2：1,酚碱摩尔比1：0.11,反应温度65℃,反应时间5h。在此条件下的收率为61.7%。采用FTIR、1H-NMR、MS对合成产物结构进行了表征,测得其熔点为151.1℃,纯度为99.52%。利用上述呋喃基双酚与环氧氯丙烷在季铵盐的催化下,经二步法制备了含呋喃基双酚型环氧树脂,采用NMR、FTIR对产物进行了结构表征。通过旋转粘度计测定粘度,计算得出含呋喃基环氧树脂的粘流活化能（85.95KJ/mol）比E51树脂的粘流活化能（73.45KJ/mol）高,表明该树脂对温度更为敏感。用盐酸-丙酮法测得其环氧值为0.38mol/100g。同时,该树脂易溶于大部分醇类试剂中,是一种醇溶型环氧树脂。采用FTIR、DSC和NMR研究了呋喃基环氧树脂/马来酸酐固化体系的固化行为。分析结果表明：环氧树脂不仅进行了环氧基开环反应,还进行了Diels-Alder反应,即双重固化反应；同时研究了含呋喃基环氧与马来酸酐发生D-A反应程度随时间的变化规律；最后得出了整个固化体系中Diels-Alder反应程度为35.75%。动态力学分析表明,以马来酸酐为固化剂时,呋喃基环氧树脂固化物比E51环氧树脂固化物的耐热性高。采用多种环氧树脂固化剂,对比研究了含呋喃基环氧树脂和E51环氧树脂的凝胶时间,结果表明：含呋喃基环氧树脂/固化剂体系的凝胶时间较短,凝胶速度较快。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 环氧树脂的简介及发展
• 1.1.1 环氧树脂的发展
• 1.1.2 环氧树脂的种类和性能特点
• 1.2 环氧树脂单体双酚的合成
• 1.2.1 双酚系化合物的合成
• 1.2.2 双酚合成的催化反应机理
• 1.3 环氧树脂的制备
• 1.4 环氧树脂的固化
• 1.4.1 环氧树脂固化剂
• 1.4.2 环氧树脂的固化机理
• 1.5 论文选题的目的和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及实验仪器
• 2.1.1 合成原料及分析用试剂
• 2.1.2 固化用试剂
• 2.1.3 实验设备及测试仪器
• 2.2 含呋喃基环氧树脂的合成
• 2.2.1 含呋喃基双酚的合成
• 2.2.2 含呋喃基环氧树脂的合成
• 2.3 表征与性能测试
• 2.3.1 傅里叶红外光谱测试
• 2.3.2 核磁测定
• 2.3.3 质谱测定
• 2.3.4 液相色谱测定
• 2.3.5 示差扫描量热法
• 2.3.6 粘度测定
• 2.3.7 相对分子量测定
• 2.3.8 环氧值测定
• 2.3.9 凝胶化时间的测定
• 2.3.10 动态力学分析
• 2.3.11 力学性能测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 含呋喃基双酚的合成
• 3.1.1 反应机理
• 3.1.2 反应条件的优化
• 3.1.3 不同反应因素对双酚收率的影响
• 3.1.4 双酚的性能测定
• 3.2 双酚的结构表征与分析
• 3.2.1 双酚的红外光谱表征
• 3.2.2 双酚的核磁表征
• 3.2.3 双酚的质谱表征
• 3.3 含呋喃基环氧树脂的合成
• 3.4 环氧树脂的结构表征
• 3.4.1 红外表征
• 3.4.2 核磁表征
• 3.4.3 环氧树脂的溶解性
• 3.5 环氧树脂粘度的测定
• 3.6 环氧值和分子量测定
• 3.7 环氧树脂/马来酸酐的双重固化反应的研究
• 3.7.1 环氧树脂/马来酸酐热分析
• 3.7.2 Diels-Alder反应程度
• 3.7.3 固化体系红外表征
• 3.7.4 固化物核磁表征
• 3.7.5 凝胶化时间的测定
• 3.7.6 玻璃化转变温度的测定
• 3.8 不同体系固化物反应凝胶时间
• 3.9 固化物力学性能
• 3.9.1 冲击性能
• 3.9.2 拉伸性能
• 3.9.3 弯曲性能
• 3.9.4 粘接性能
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书