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《上海工程技术大学》 2013年
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有机硅及其嵌段共聚物改性环氧树脂的研究

奚征  
【摘要】:环氧树脂是一种很重要的热固性树脂,固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能,它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度、介电性能良好、固化收缩率小、硬度高、柔韧性较好、对酸碱及大部分溶剂稳定,环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的。因此它在国民经济的各个领域中得到广泛的应用,比如应用于涂料、浇铸料、胶粘剂、复合材料、模压材料和注射成型材料等。 由于环氧树脂与固化剂固化后交联密度高而呈高度脆性,因此对环氧树脂的增韧改性一直是高性能树脂材料研究的热点。本论文主要是用有机硅来改性环氧树脂,有机硅的基本结构单元是由柔顺的硅-氧链节构成主链,侧链则与其他各种有机基团相连,既含有“有机基团”,又含有“无机结构”,将比较柔软且低表面能的有机硅链段(Si-O)引入后,有机硅链段有向材料表面迁移的倾向,使得材料增韧的同时,表面相对富含硅氧烷链段,从而降低材料的表面张力和表面能,提高材料表面的疏水性能。 本论文分别制备了四个体系,研究有机硅改性环氧树脂:分别是DGEBA/端环氧基聚二甲基硅氧烷(DMS-E09)/DDM体系、DGEBA/端环氧基聚二甲基硅氧烷(DMS-E11)/DDM体系、DGEBA/PI-Siloxane/DDM体系、DGEBA/PEI-Siloxane/端环氧基聚二甲基硅氧烷(DMS-E09)/DDM体系。 通过光学显微镜测浊点的方法,获得了不加固化剂体系经过热诱导相分离的相图曲线和加固化剂(DDM)体系经过反应诱导相分离的相图曲线,相图曲线都表现为最高临界共溶温度行为(UCST);加入固化剂DDM的体系在PI与环氧的质量比为15wt%时相分离温度最高,说明PI含量在15wt%附近会形成双连续相,也可能呈现相反转;通过光学显微镜对跟踪相分离过程,发现不同组成的体系都发生了相分离,最后获得了分散相结构、双连续相结构和相反转相结构的改性体系。 采用扫描电子显微镜对固化体系的最终相结构进行了观察,发现DMS-E09有效的增加了有机硅和环氧树脂之间的界面作用,改善了两者的相容性。能谱分析显示,整个体系的表面含硅量最高,超过理论含硅量,最小的是截面含硅量。因此随着DMS-E09含量的增加,E09嵌段共聚物中的PDMS链段向环氧树脂的表面迁移富集,混合环氧树脂的表面含硅量上升。在环氧树脂/DMS-E09/PI-Siloxane/DDM体系中,截面呈现明显波纹和鱼鳞状纹理,断面呈现很多褶皱状的微结构,当该环氧树脂因受外力产生裂纹时,有机硅与环氧树脂良好的界面结合和相互作用,可以在颗粒附近产生更多的微裂纹并使裂纹转向,或者阻碍裂纹扩展,导致了断面的波纹与鱼鳞片,从而提高材料的韧性。 能谱分析发现,环氧树脂/DMS-E09/DDM体系的表面含硅量最高,其次是理论含硅量,最小的是截面含硅量,因此证明了随着DMS-E09含量的增加,DMS-E09嵌段共聚物中的PDMS链段向环氧树脂的表面迁移富集,混合环氧树脂的表面含硅量上升。 采用非等温和等温DSC分别对DGEBA/DMS-E09/DDM体系和DGEBA/DMS-E11/DDM体系进行固化动力学分析,研究不同端环氧基聚二甲基硅氧烷(DMS-E09,DMS-E11)加入量对环氧树脂体系固化动力学的影响。结果表明:(1)对于DGEBA/DMS-E09/DDM体系,Ti,Tp和Tf值都随着DMS-E09含量的增加而上升,然而体系表观活化能Ea变化的趋势不大,体系达到最终固化程度所用的时间以及反应速率都随DMS-E09含量的增加而减少。(2)对于DGEBA/DMS-E11/DDM体系,随着DMS-E11的含量的上升,Ti,Tp和Tf值都随之增加,体系中DMS-E11含量为20%(wt%)时,反应热有所减少,但是减少的幅度不大,且对转化率影响不大。比较两个体系会发现,DGEBA/DMS-E11体系峰值温度要明显高于DGEBA/DMS-E09体系,且DGEBA/DMS-E11体系达到最终固化所需要的时间更长,而DGEBA/DMS-E09体系所需要的时间则相对少。 接触角的测量发现环氧树脂/端环氧基聚二甲基硅氧烷(DMS-E09)/DDM体系和环氧树脂/PI-Siloxane/DDM体系有着比较类似的趋势,随着DMS-E09含量的不断上升,接触角也逐渐变大,且增加的幅度似乎成线性关系,同时表面能明显的下降,说明含有DMS-E09的环氧树脂表面富集了大量的非极性基团,从而降低了表面能,改善环氧树脂的疏水性能。
【学位授予单位】:上海工程技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ323.5

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【参考文献】
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