聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的多樣性及研究配方

環(huán)氧樹脂具有很多優(yōu)點，如機械強度高、粘結(jié)力強、收縮率低、穩(wěn)定性好、加工性能優(yōu)良等，被廣泛使用于涂料、粘結(jié)劑、電氣產(chǎn)品、土木建筑、夏合材料等領域。然而由于其性脆、不夠強韌、抗沖擊性差，成為影響其市場進一步擴大的難題，為比必須對其進行改性。目前對環(huán)氧樹脂采用的主要改性方法之一，就是聚氨酯改性環(huán)氧樹脂，日前國內(nèi)科研人員通過設計一系列方案，采用紅外光譜對聚合物進行結(jié)構(gòu)表征，研究聚氨酯預聚體對環(huán)氧樹脂改性的過程中可能發(fā)生的反應種類及反應機理，對聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的應用研究具有重要的指導意義。聚氨酯改性環(huán)氧樹脂，就是在適當?shù)臈l件下使得2者形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而達到提高環(huán)氧樹脂韌性，同時不降低其強度、耐熱性的目的。

然而在聚氨酯改性環(huán)氧樹脂時由于原料的多樣性，且各種原料所含官能團在一定程度上可發(fā)生反應并且相互產(chǎn)生影響，使得聚氨酯改性環(huán)氧樹脂體系的固化機理復雜化。通常的文獻上只是籠統(tǒng)的根據(jù)各種原料的官能團指出了體系內(nèi)可能存在的反應，或者僅就開始原料和最終產(chǎn)物做結(jié)構(gòu)分析，而并未對反應過程做進一步的研究。采用紅外光譜對聚合物進行結(jié)構(gòu)表征的研究，在這方面走出了一條新路。研究所用實驗原料包括甲苯二異氰酸酯(TDl)、聚醚210、1，4-丁二醇、二月桂酸二丁基錫、l，2-環(huán)氧環(huán)已烷-4，5-二甲酸二縮水甘油酯(TDE-85)、甲基四氫鄰苯二甲、酸酐(MeTHPA)、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)等。端異氰酸酯基PU預聚體、IPN產(chǎn)物都在實驗中制備。

性能檢測則采用AVATAR360型紅外分析儀(美國Nicolet公司)，對原料TDE—85、聚醚二元醇GM210以及PU預聚體、樣品進行紅外光譜分析，固體樣品采用溴化鉀壓片法進行檢測，液體樣品直接測試或經(jīng)過四氯化碳稀釋后檢測。結(jié)果表明：首先促進劑DMP-30進攻酸酐生成羧酸鹽陰離子；其次羧酸鹽陰離子和環(huán)氧基反應生成氧陰離子；最后氧陰離子與另一個酸酐進行反應再生成羧酸鹽陰離子；此羧酸鹽陰離子再與環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)聚合反應，這樣一步一步地交替進行固化反應。這一課題通過制備聚氨酯改性環(huán)氧樹脂體系，并經(jīng)紅外光譜分析，研究了異氰酸酯端基的聚氨酯預聚體、擴鏈劑、環(huán)氧樹脂及其固化劑之間相互反應的規(guī)律。結(jié)果表明聚氨酯、環(huán)氧樹脂2者之間形成IPN結(jié)構(gòu)過程中，環(huán)氧樹脂與其固化劑之間發(fā)生固化反應；擴鏈劑1，4-丁二醇對PU預聚體進行擴鏈；同時TDE-85同PU預聚體之間還發(fā)生兩相間的化學反應。

這可有效地提高2種聚合物之間的相容性和穩(wěn)定性，從而可以提高環(huán)氧樹脂性能，達到改性目的。在聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的固化過程中，TDE-85和擴鏈劑1，4-丁二醇并未發(fā)生反應，紅外圖譜中多的羥基振動峰是因為體系中仍然存在擴鏈劑1，4-丁二醇，從而引入了羥基吸收峰；聚氨酯體系的聚醚和TDI反應，生成-NCC端基的預聚體，而后又與擴鏈劑二元醇發(fā)生反應，形成聚氨酯網(wǎng)絡體系；環(huán)氧體系中TDE-85中的環(huán)氧基與酸酐發(fā)生固化反應，形成環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡體系；環(huán)氧體系中的TDE-85同PU預聚體之間還發(fā)生兩相間的化學反應，可有效地提高2種聚合物相容與穩(wěn)定性，在不降低其強度的基礎上達到提高環(huán)氧樹脂韌性和耐熱性的目的。