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环氧大豆油快速固化及其共聚研究

赵春花  
【摘要】:植物油廉价丰富,是珍贵的可再生资源,植物油的开发应用可缓解石油资源日趋枯竭的压力,具有广阔的发展前景。环氧植物油由植物油环氧化得到,可用多种化学物质固化,得到性能各异的环氧植物油基聚合物材料。但由于环氧植物油的分子链内环氧基反应活性比通用环氧树脂的端基环氧基低,固化环氧植物油通常需要较高的反应温度和较长的固化时间。 本课题用使传统潜伏性固化剂双氰胺(DICY)作环氧大豆油(ESO)的固化剂,选用多种促进剂,探索ESO的高效固化体系,制备环境友好型高分子材料,并详细研究了ESO与通用环氧树脂双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)的共聚固化反应。 用锥板黏度计测定含有阳离子和阴离子类型促进剂的各种ESO-DICY固化体系在190℃下的粘度变化并获得其凝胶时间数据。结果发现,N,N-羰基二咪唑(CDI)可使ESO-DICY固化体系的凝胶时间由6小时以上缩短至13分钟。差示扫描量热仪(DSC)数据也说明了ESO-DICY-CDI体系较高的固化活性:CDI可使ESO-DICY固化体系的表观活化能由121kJ/mol降低至95kJ/mol。 通过DSC和傅里叶红外光谱(IR)研究ESO-DICY-CDI体系的固化反应以及CDI对该体系固化反应的促进机理。结果表明,CDI做促进剂时,ESO与DICY的反应当量比为3:1,其中两个环氧基与DICY的氨基反应,开环生成含有羟基的结构;另一个环氧基与DICY的腈基反应,生成噁唑啉五元杂环结构。CDI对ESO-DICY的促进机理可能是:CDI与DICY反应生成咪唑,咪唑与环氧基反应产生醇盐,生成的醇盐与DICY和CDI进行亲核反应,释放出可引发ESO开环反应的高活性阴离子。 研究ESO-DGEBA-DICY-CDI混合体系的共聚固化过程及固化产物的性能发现,ESO与DGEBA环氧基摩尔比为1:1时,混合固化体系在160℃下的凝胶时间仅为3分钟;190℃下固化2小时的产物残固率高达100%;随着DGEBA含量的增加,体系的凝胶时间迅速缩短,且DSC曲线的固化反应放热峰峰值温度不断降低。


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