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环氧树脂的改性研究发展车继铃

发布时间:2022-08-10 19:14:07

环氧树脂的改性研究发展

01前言

近年来,科研工作者对环氧树脂进行了大量的改性研究,以克服其性脆,冲击性、耐热性差等缺点并取得了丰硕的成果。过去,人们对环氧树脂的改性一直局限于橡胶方面,如端羧基丁脂橡胶、端羟基丁腊橡胶、聚琉橡胶等。近年来,对环氧树脂的改性不断深入,改性方法日新月异,如互穿网络法、化学共聚法等,尤其是液晶增韧法和纳米粒子增韧法更是近年来研究的热点综述了近年来国内外对环氧树脂的改性研究进展。

02丙烯酸增韧改性环氧树脂

利用丙烯酸类物质增韧环氧树脂可以在丙烯酸酯共聚物上引入活性基团,利用活性基团与环氧树脂的环氧基团或活性基反应,形成接连共聚物,增加两相间的相容性。另一种方法是利用丙烯酸酯弹性粒子作增韧剂来降低环氧树脂的内应力。还可以将丙烯酸酯交联成网络结构后与环氧树脂组成互穿网络(IPN)结构来达到增韧的目的。

张海燕等人利用环氧树脂与甲基丙烯酸加成聚合得到环氧-甲基丙烯酸树脂(EAM),其工艺性与不饱和聚酯相似,化学结构又与环氧树脂相似,得到的改性树脂体系经固化后不仅具有优异的粘合性和化学稳定性,而且具有耐热性好、较高的延伸率,固化工艺简单等优点。同时由于共聚链段甲基丙烯酸酯的引入,体系固化时的交联密度降低,侧基的引入又为主链分子的运动提供更多的自由体积,因此改性体系的冲击性能得以提高。

韦亚兵利用IPN法研究了聚丙烯酸酯对环氧树脂的增韧改性。他将线性聚丙烯丁酯交联成网状结构后与环氧树脂及固化剂固化,形成互穿网络结构。该方法增加了丙烯酸丁酯与环氧树脂的相容性。该互穿网络体系具有较高的粘接强度和优异的抗湿热老化能力。

李已明通过乳液聚合法首先制备出丙烯酸丁酯(PBA)种子乳液,在引发剂作用下合成出核乳液,然后在该种子上引入聚甲基丙烯酸甲酯壳层得到核壳粒子。利用该粒子来增韧环氧树脂时,由于聚甲基丙烯酸甲酯的溶解度参数与环氧树脂的溶解度参数相近,因此两者的界面相容性非常好。用SEM对其进行观察时可发现核壳粒子的壳层与环氧树脂溶为一体,而核芯PBA则在环氧基体中呈颗粒状的分散相。M.Okut对PBA/PMMA核壳粒子增韧环氧基体体系进行了动态力学分析,在动态力学图谱上高温区可以发现没有与PMMA对应的玻璃化转化峰,只有与环氧树脂对应的玻璃化转变峰,这同时也证明了环氧树脂与PMMA的相容性。改性体系的缺口冲击强度显著提高,断口特征形貌由环氧树脂的脆性断裂转化为韧性断裂。

03聚氨酯增韧改性

利用聚氨酯改性环氧树脂主要是为了改善其脆性,提高其柔韧性,增加剥离强度。聚氨酯粘接性能好,分子链柔顺,在常温下表现出高弹性。施利毅等利用高分子合金的思想,采用熔体共混法制备出了PU/EP共混体系。他以异氰酸根封端的聚氨酯预聚体与环氧树脂在熔融条件下加入固化剂固化后得到共混改性体系:由于异氰酸根本身能与环氧基团反应,因此得到的改性体系两相间有良好的相容性,利用DMA分析,可发现其谱图上在m(PU):m(EP)=20:80时只有单一的宽的玻璃化转变化,这进一步证明了两相间的相容性。改性体系比环氧树脂的冲击强度有了大幅度提高。

目前研究最多的聚氨酯增韧环氧树脂体系是以聚氨酯与环氧树脂形成SIPN和IPN结构,这两种结构可起“强迫互容”和“协同效应”作用,使聚氨酯的高弹性与环氧树脂的良好的耐热性、粘接性有机地结合在一起,取得满意的增韧效果。

Y.Li等利用双酚A环氧树脂与末端为异氰酸酯的聚醚聚氨酯低聚物进行改性接枝,二者在四氢呋喃溶液中形成均相溶液,然后在DDM固化剂作用下形成线性聚氨酯贯穿于环氧网络的半互穿网络结构。两者在用量比为70/30时有很好的协同性能。体系的剪切、剥离强度与冲击强度均有较大程度的提高,体系的断裂延伸率由环氧基体的2.09%提升至211.9%,断裂强度提高了18.56MPa,同时该体系还具有良好的阻尼特性。管云林等探讨了PU/EP的相行为与粘接剪切性能的关系,通过红外光谱分析发现,该体系中不仅存在着EP与PU的各自的交联反应,还存在二者的共聚反应。用DSC对其进行分析发现该体系在高温下有单一宽的玻璃化温度,同时还发现体系的玻璃化温度随环氧树脂用量增加而提高,甚至高于EP基体Tg,其原因是EP用量增大后,PU与EP的连接反应增多,分子间作用力增大,从动态力学谱图上也可看出,损耗峰向高温方向移动。通过TEM观察发现,体系两相间界面模糊,这进一步证明了两相间的相容性。体系中存在的聚氨酯与环氧树脂的连接共聚物大大增加了二者的互穿效应,从而体系的综合性能得以提高。

04双马来酰亚胺改性

双马来酰亚胺耐热性能好,利用其改性环氧树脂可以大大提高环氧树脂高温下的粘合强度。关长参等以双马来酰亚胺、环氧树脂、芳香二胺为原料制备出了新型的环氧树脂增韧体系。该体系耐热性好、粘合性能优异,室温下及200℃测其剪切强度(45#钢/45#钢)几乎没有变化。徐子仁用加入烯丙基双酚A的方法来增加环氧树脂与BMI相容性。通过红外光谱分析发现烯丙基双酚A可与双马来酰亚胺发生接枝共聚反应,形成带有环氧基团的双马来酰亚胺树脂,在加入固化剂时可与环氧树脂发生固化交联,使体系中的两相具有良好相容性。得到一种耐高温的韧性环氧改性树脂。

梁国正以环氧树脂为基础合成了环氧双马来酰亚胺(EB)。该体系由功能性双马来酰亚胺与环氧树脂反应而成,固化则利用双马来酰亚胺的固化机理。该体系不仅具有环氧树脂的粘接性好、固化收缩率低的特点,而且还具有类似双马来酰亚胺树脂的高耐热性。同时,该体系的冲击性能也比双马来酰亚胺有了较大的提高。

05聚酰胺酸(PAA)改性

聚酰胺酸(PAA)是聚酰亚胺(PI)的反应中间体。与PI相比,PAA在低沸点溶剂中即可制得。PAA改性环氧树脂体系与PI改性体系相比较具有更加优异的剥离性能。利用PAA改性环氧树脂时,其自身相当于环氧树脂的固化剂,可以与环氧基团形成类酯结构,同时,PAA本身又具有一定的活性,可以酰胺化形成PI长链,使固化体系表现出高的粘结剪切强度和耐热性能。赵石林等在THF/CH3OH混合溶剂中利用PMDA与ODA合成出PAA并成功地用作环氧树脂的固化剂和改性剂。改性体系由于PAA与EP之间的协同作用而具有良好的综合性能。同时该体系固化时低沸点溶剂易于挥发,不会造成大的内应力。Kevin等探讨了固化温度对PAA改性EP体系性能的影响。由于材料中的内应力通常是造成材料综合性能下降的原因。他们采用两阶段固化工艺来充分排除固化体系中残存的溶剂和气泡以进一步提高体系的综合性能。

06结语

今后环氧树脂将“规模化、高纯化、精细化、专用化、系列化、功能化”的方向发展。随着科研工作者的不断努力,对环氧树脂的改性研究也将日新月异。环氧树脂在人们生活中的应用也将越来越广泛。

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