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重的石油危機帶來的壓力,本文在以下幾方面進行了研究:
　　 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℃)。其彎曲強度亦沒有太大差別,TMA／DER662E固化產(chǎn)

3、物的彎曲強度為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,當其分別混入30％和70％(以環(huán)氧當量計算)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)物的沖擊強度僅為1.84 kJ／m*m,當分別與一定量的桐油酸酐混合后固化所得產(chǎn)物沖擊強度提高了75％左右。