DDS型多官能环氧树脂的合成与应用研究

【摘要】环氧树脂具有粘接力强、机械强度高、电绝缘性能优良、耐溶剂性能好等特点,使其合成与应用研究成为耐高温材料的研究热点之一。本课题以4,4’-二氨基二苯砜(DDS)和环氧氯丙烷(ECH)以及氢氧化钠(NaOH)为基本原料,合成了一种耐高温环氧树脂—,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯砜(TGDDS)。TGDDS结构中存在苯基结构单元,且分子中含有强吸电子基-砜基,使得整个化合物物化性质稳定,因此合成出来的TGDDS树脂具有耐高温、透明性好、稳定性好等优点。它将作为一类重要的高性能复合材料的基体材料。本文主要分以下四部分展开研究工作：一、DDS型多官能环氧树脂的合成、表征及性能研究。二、TGDDS环氧胶粘剂的制备及其固化动力学研究。三、TGDDS环氧胶粘剂性能研究。四、TGDDS环氧胶粘剂与TGDDM环氧胶粘剂性能对比。首先探索出了合适的催化剂—TCAT-172,在催化剂—TCAT-172的催化作用下,以4,4’-二氨基二苯砜(DDS)与环氧氯丙烷(ECH)为主要原料,反应得到氯代中间产物,再加入助剂—C-98、氢氧化钠水溶液进行闭环反应,然后进行水洗、减压蒸馏,最终合成得到了常温下为固态的棕黄透明TGDDS树脂,并采用FTIR对产物进行表征。考察了催化剂用量,开环反应?温度、时间,闭环反应温度、时间,原料配比,减压蒸馏时间对产物性能的影响,从而确定了最优合成工艺。合成的DDS型多官能环氧树脂—TGDDS,产率为90%-92%,环氧值为0.70～0.71,挥发分为0.95%-1.0%。选用端羧基丁腈橡胶对TGDDS环氧树脂进行增韧改性,并与2-乙基-4-甲基咪唑固化剂和S330偶联剂混合,制备出TGDDS环氧胶粘剂。采用非等温DSC研究了TGDDS/2,4-EMI体系的固化动力学,确定了体系的理论固化工艺：100℃/0.5h→110℃/3h→120℃/0.5h,得到了固化反应的动力学方程：dα/dt=4.4×106exp(-55000/RT)(1-α)0.8930。考察了不同组分配方的TGDD环氧胶粘剂在不同固化工艺下的力学性能,从而确定了最佳配比,同时也验证了理论固化工艺,进一步优化及确定固化工艺为：室温→80℃、0.5h→100℃/0.5h→110℃/3h→120℃/0.5h测试了TGDDS胶粘剂的拉伸剪切强度、凝胶化时间、粘度、吸水率、电学能、接触角,计算出了环氧胶的相对介电常数、表面能。最后得到的TGDDS环氧胶粘剂常温拉伸剪切强度达23.8MPa,100℃条件下拉伸剪切强度仍有13.8MPa；吸水率为1.22%左右；相对介电常数整体在3.83-3.95之间；表面能为44.5mJ/m2,疏水性能好。在相同固化工艺条件下,研究对比了TGDDS环氧胶与TGDDM环氧胶力学性能与理化性能。结果表明：TGDDS环氧树脂与TGDDM环氧树脂的实际环氧值与自身理论环氧值的比值相当,均达83%以上；常温及高温条件下,TGDDS环氧胶的拉伸剪切强度均高于TGDDM环氧胶；TGDDS/2,4-EMI体系与TGDDM/2,4-EMI体系的表观活化能分别为51.4kJ/mol、49.3kJ/mol,均在可接受范围；TGDDS环氧胶固化物的相对介电损耗比TGDDM环氧胶固化物的相对介电损耗小；两固化物的吸水率均较小,表面能均较低。
【作者】辛洪南；
【导师】朱智甲；虞鑫海；刘万章；
【作者基本信息】东华大学，化学工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】DDS；TGDDS环氧树脂；合成；胶粘剂；性能研究；

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