带环氧基倍半硅氧烷的合成及其对环氧树脂的改性研究

【摘要】：本论文首先合成了含环氧基团的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基倍半硅氧烷(POSS),并以POSS作为改性剂,研究了其对双酚A缩水甘油醚型环氧树脂E-51和缩水甘油酯型环氧树脂TDE-85性能的影响。 以γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和水为主要原料,浓盐酸为催化剂,研究确定了POSS合成反应工艺条件,并对其合成机理以及反应的影响因素进行了探讨;借助傅立叶变换红外光谱(FTIR),核磁共振、气质联用对产物的结构进行了表征,利用用热重分析(TGA)表征了POSS的热稳定性。结果表明,在无水甲醇作溶剂的情况下,合成POSS的最佳原料配比为KH560∶H20∶HCI∶1∶1.5∶0.02(摩尔比),反应温度为55.0～60.0℃;所合成的POSS常温下是一种比较稳定的透明粘性液体,粘度为2800mPa·S,环氧值为0.46～0.48。结构及TGA分析结果表明,所合成的POSS是一个含有不规整立体结构的混合物,在高温下具有较高的质量保持率。 以4,4’-二氨基二苯砜(DDS)为固化剂,将不同用量的合成POSS添加到E-51中,对E-51进行了改性。通过凝胶特性曲线、FTIR和差示扫描量热方法(DSC)研究了该体系的固化反应特性及动力学问题;研究了固化体系的力学性能,并用于GA和动态力学性能(DMA)分析了固化体系的热性能。结果表明,与原有的E-51/DDS体系相比,当POSS添加量为20phr时,改性体系的静态力学性能基本不变,但是热变形温度(HDT)提高了31℃,热分解温度(T_(dec))提高了58℃,800℃时该体系的热残留量提高了15%,改性体系的储能模量及损耗模量在整个温度段均有所提高,而且在高温区提高的幅度较大,力学损耗曲线表明,改性体系是一个均相体系,其玻璃化转变温度(Tg)提高了20℃。 以3-甲基亚甲基邻苯二甲酸酐(MNA)为固化剂,添加一定用量的POSS对TDE-85改性。在体系配比为TDE-85∶POSS∶MNA=1∶0.2∶0.76时,通过凝胶特性曲线、DSC等确定了改性体系的固化工艺;通过TGA及DMA等分析,发现改性体系的T_(dec)达到了314℃,热热残留量为34%,与相同固化条件下未改性的体系相比,分别提高了29℃,17%;DMA分析结果表明,其储能模量和损 西北下业人学硕卜学位论文 耗模量在整个温度段也得到了提高,改性体系属于均相体系,其Tg达到215“C, 提高了35℃。 上面的研究说明所合成的POSS可作为环氧树脂E一51和TDE一85的改性剂, 对其热性能的改善有比较明显的作用。 关键词:倍半硅氧烷;环氧树脂;热性能:合成工艺;动态力学性能