聚氨酯改性環氧樹脂研究有新見解

    環氧樹脂具有很多優點，如機械強度高、粘結力強、收縮率低、穩定性好、加工性能優良等，被廣泛使用于涂料、粘結劑、電氣產品、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。目前對環氧樹脂采用的主要改性方法之一，就是聚氨酯改性環氧樹脂，日前國內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構表征，研究聚氨酯預聚體對環氧樹脂改性的過程中可能發生的反應種類及反應機理，對聚氨酯改性環氧樹脂的應用研究具有重要的指導意義。聚氨酯改性環氧樹脂，就是在適當的條件下使得2者形成互穿網絡結構，從而達到提高環氧樹脂韌性，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生反應并且相互產生影響，使得聚氨酯改性環氧樹脂體系的固化機理復雜化。通常的文獻上只是籠統的根據各種原料的官能團指出了體系內可能存在的反應，或者僅就開始原料和最終產物做結構分析，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構表征的研究，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-環氧環已烷-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過四氯化碳稀釋后檢測。結果表明：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氧基發生開環聚合反應，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氧樹脂體系，并經紅外光譜分析，研究了異氰酸酯端基的聚氨酯預聚體、擴鏈劑、環氧樹脂及其固化劑之間相互反應的規律。結果表明聚氨酯、環氧樹脂2者之間形成IPN結構過程中，環氧樹脂與其固化劑之間發生固化反應；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定性，從而可以提高環氧樹脂性能，達到改性目的。在聚氨酯改性環氧樹脂的固化過程中，TDE-85和擴鏈劑1， 4-丁二醇并未發生反應，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生反應，形成聚氨酯網絡體系；環氧體系中TDE-85中的環氧基與酸酐發生固化反應，形成環氧樹脂網絡體系；環氧體系中的TDE-85同PU預聚體之間還發生兩相間的化學反應，可有效地提高2種聚合物相容與穩定性，在不降低其強度的基礎上達到提高環氧樹脂韌性和耐熱性的目的。