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《武汉工程大学》 2017年
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偏苯三酸酐的改性及其在环氧树脂中的应用研究

黄恒宇  
【摘要】:偏苯三酸酐是性能优异的环氧树脂固化剂,目前广泛应用于增塑剂、绝缘漆、树脂涂料及环氧树脂固化剂,可以快速固化环氧树脂。固化后的环氧树脂体系因引入刚性苯环、同时酸酐与环氧基反应生成柔性醚键,因而具有优异的耐热性能、机械性能和耐腐蚀性能。然而偏苯三酸酐因其熔点较高(168℃),造成固化条件较为苛刻,同时较高的固化温度也对部分树脂材料的性能造成不利影响。近年来,通过化学或物理的方法对偏苯三酸酐进行改性来降低其熔点,从而克服其性能上的一些不足,获得活性较高、在较低的温度或室温条件下便可固化树脂的新型酸酐固化剂,一直是该领域的研究热点。本文通过选择性酯化反应将丁烷链引入偏苯三酸酐四号取代位,同时能够保留用于固化环氧树脂的酸酐基团。由此在保留改性物固化环氧树脂能力的同时提升柔性、降低熔点,进而降低固化温度、减少高温对树脂造成的不利影响,为酸酐类固化剂的改性提供一种新思路。具体工作内容如下:采用氯化亚砜作为酰氯化试剂对原料偏苯三酸酐(TMA)进行酰氯化反应,得到具有较强反应活性的偏苯三酸酐酰氯(TMAC)。选择性酯化,不破坏酸酐基团的同时生成酸酐酯类产物偏苯三酸酐以TMAC、正丁醇为原料,吡啶作催化剂,在冰盐浴环境下,反应得到偏苯三酸酐正丁酯(TMNB);由L9(33)正交实验,得到反应最优化的制备工艺条件:0℃的反应温度、5h的反应时间和1:2:1.2的用料配比,所得产物产率为91.5%、熔点为97.2~97.9℃;通过FT-IR及1H-NMR测试确实产物的结构。对偏苯三酸酐正丁酯进行量子化学分析,表明TMNB几何构型为平面非对称结构,TMNB较TMA能够在更低温度下进行开环反应,开环后碳氧键键长分别缩短0.49%和 0.64%。.将偏苯三酸酐正丁酯(TMNB)与环氧树脂进行交联固化,测试固化物的力学性能和耐热性,并与改性前的TMA/环氧树脂固化物进行比较,拉伸强度提升了 3.08%,达到130.18MPa;弯曲强度提升了 1.0%,达到47.2MPa冲击强度提升了 22.3%,达到2.03kJ/mol。固化工艺为:75℃1h,100℃3h,130℃2h。得样料失重5%时候的热失重温度TMNB/环氧体系比原料TMA/环氧体系要高。通过非等温DSC法对TMNB/环氧树脂固化物进行固化动力学研究,表明自催化模型适用于描述该树脂体系的固化历程,通过计算参数得到TMNB/E51树脂固化体系的动力学方程为:dα/dt=2.106×104exp(37510/RT)α0.5163(1-α)0.366
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ323.5

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