環(huán)氧樹(shù)脂用潛伏型固化劑的合成及性能研究

李中衛(wèi) 李承媛(中國(guó)兵器213研究所,四川成都610100)

環(huán)氧樹(shù)脂用潛伏型固化劑的合成及性能研究

李中衛(wèi) 李承媛(中國(guó)兵器213研究所,四川成都610100)

環(huán)氧樹(shù)脂是一種優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、力學(xué)性能、粘結(jié)性和絕緣性的熱固性樹(shù)脂，本文主要對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂潛伏性固化劑的合成和性能問(wèn)題進(jìn)行了探究。

環(huán)氧樹(shù)脂；潛伏性固化劑；合成；性能

環(huán)氧樹(shù)脂是一種在分子結(jié)構(gòu)中包含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物。脂肪族、脂環(huán)族和芳香族結(jié)構(gòu)在這一化合物中發(fā)揮著重要的作用。固化劑在環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，固化劑的種類也表現(xiàn)出了日益豐富的特點(diǎn)

1 潛伏性固化劑的有關(guān)概念

環(huán)氧樹(shù)脂固化劑主要由顯在型固化劑、潛伏形固化劑和濕致型固化劑等多種固化劑組成[1]。固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂混合物在是室溫常態(tài)下的存儲(chǔ)穩(wěn)定性，是對(duì)顯在性固化劑和潛伏性固化劑進(jìn)行區(qū)分的主要依據(jù)。在常溫常態(tài)下，潛伏性固化劑對(duì)環(huán)氧基團(tuán)的反映會(huì)表現(xiàn)出惰性的特征。熱量、光照、濕氣和壓力是潛伏性固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生固化交聯(lián)反應(yīng)的主要觸發(fā)條件。潛伏性固化劑主要可以分為以下幾種形式，一是熱致型潛伏固化劑；二是濕致型潛伏固化劑；三是光致型潛伏固化劑。

2 環(huán)氧樹(shù)脂用潛伏性固化劑的合成與性能研究

（1）無(wú)鹵阻燃漢胺硼酸酯DBD的合成

易燃性是環(huán)氧樹(shù)脂固化物的主要特性。對(duì)該材料的阻燃性的提升，已經(jīng)成為了學(xué)者所關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題。溴元素的應(yīng)用，是一些學(xué)者所采取的提高環(huán)氧數(shù)樹(shù)脂材料阻燃性的措施，但是由于含溴物質(zhì)在然收過(guò)程中會(huì)釋放出多溴二苯并呋喃和二噁英等有毒物質(zhì)，因而，無(wú)鹵阻燃研究成為了環(huán)氧樹(shù)脂材料研究過(guò)程中的一大熱點(diǎn)要素。在本文中，筆者主要以無(wú)鹵阻燃含胺硼酸酯DBD的合成過(guò)程為例，對(duì)潛伏性固化劑的合成與性能問(wèn)題進(jìn)行了探究。

在親核加成反應(yīng)的作用下，9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（以下簡(jiǎn)稱DOPO）與甲醛之間可以衍生出含有羥基的衍生物[2]。這種衍生物與硼酸正丁酯、二甲基乙醇胺之間的酯交換反應(yīng)，可生成一種名為含磷含胺硼酸酯的化合物（以下簡(jiǎn)稱DBD）。單組份環(huán)氧樹(shù)脂(E51-DBD）的制備也成為了潛伏性固化劑合成過(guò)程中的一項(xiàng)重要措施。下表所示的內(nèi)容是E51-DBD的潛伏性測(cè)試結(jié)果

表1 E51-DBD的潛伏性能測(cè)試結(jié)果

從表格中所示的內(nèi)容來(lái)看，在DBD與E51(環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物)為100:10的情況下，單組份環(huán)氧樹(shù)脂的可以表現(xiàn)出一定的潛伏性能，但是在比值逐漸增加的情況下，穩(wěn)定存儲(chǔ)周期的縮短，表明E51-DBD在DBD添加劑的加入量逐漸增加的情況下表現(xiàn)出了潛伏性能降低的問(wèn)題。

（2）環(huán)氧樹(shù)脂固化物E51-DBD的阻燃性能

極限氧指數(shù)是對(duì)高分子的阻燃性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。它與環(huán)氧樹(shù)脂固化物的阻燃性能之間存在這一種正相關(guān)的關(guān)系。下表所示的內(nèi)容是DBD加入量不同的情況下，環(huán)氧樹(shù)脂固化物的極限氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 環(huán)氧樹(shù)脂固化物的阻燃性能表

從上述表格中所示的內(nèi)容來(lái)看，相比于E51/DBDB1，E51/ DBD2的磷含量比E51/DBDB1的磷含量高出了38個(gè)百分點(diǎn)，但是極限氧指數(shù)值卻提升了30%百分點(diǎn)。極限氧指數(shù)值愈高，環(huán)氧樹(shù)脂固化物愈難燃燒，因而，在DBD材料不斷增加以后，磷元素的含量會(huì)有所提升，環(huán)氧樹(shù)脂固化物的阻燃性也會(huì)得到顯著的提升[3]。從DBD固化劑的阻燃性能的產(chǎn)生機(jī)理來(lái)看，DBD中的含磷部分在受熱以后會(huì)生成偏磷酸、聚磷酸等化合物，這些物質(zhì)在促進(jìn)環(huán)氧脫水以后會(huì)形成一定的致密碳層，這些因素在覆蓋在燃燒物的表面以后，會(huì)通過(guò)阻隔熱量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)阻燃的目的。

（3）環(huán)氧樹(shù)脂固化物E51-DBD的熱穩(wěn)定性

環(huán)氧樹(shù)脂固化物的熱穩(wěn)定性是其適用的溫度范圍的決定因素，也是其應(yīng)用價(jià)值的主要影響要素。因而對(duì)這一材料的熱穩(wěn)定性問(wèn)題的研究，對(duì)高分子材料的開(kāi)發(fā)工作有著積極的指導(dǎo)意義。

在將TG試驗(yàn)應(yīng)用于環(huán)氧樹(shù)脂固化物熱穩(wěn)定性研究試驗(yàn)以后，下表中的內(nèi)容就是不同環(huán)氧樹(shù)脂固化物的熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。

表3 不同環(huán)氧樹(shù)脂固化物的熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

從表格中所述的內(nèi)容來(lái)看，E51-DBD2在900℃時(shí)的殘?zhí)柯室黠@高于E51/PN的含碳率。在環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物的固化反應(yīng)中，DBD發(fā)揮的是固化劑的作用。E51-DBD中含有的硼酸酯結(jié)構(gòu)在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硼酸酐或硼酸這兩種物質(zhì)，他們課題讓可燃物在氧化作用下產(chǎn)生二氧化碳，這就可以讓固化物的成炭率有所提升，因而，硼元素的存在對(duì)固化物殘?zhí)柯实脑黾佑兄欢ǖ拇龠M(jìn)作用。在將表1與表3進(jìn)行綜合分析以后，我們可以發(fā)現(xiàn)，在固化劑DBD的含量逐漸增加的情況下，E51-DBD材料的熱穩(wěn)定性會(huì)表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，但是固化物的殘?zhí)柯蕝s會(huì)表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。

[1]劉巧燕.環(huán)氧樹(shù)脂用潛伏型固化劑的合成及性能[D].華南理工大學(xué),2013.

[2]李柳慧.環(huán)氧樹(shù)脂阻燃潛伏型固化劑的合成及其性能研究[D].華南理工大學(xué),2012.

[3]盧放.新型環(huán)氧樹(shù)脂固化劑的合成及性能研究[D].大連理工大學(xué),2013.