有機硅包覆松香基環氧樹脂微膠囊的制備及其固化反應與特性研究(摘要)

林廣沅(1.中國林業科學研究院，北京 100091;2.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，江蘇 南京 210042)

以松香為原料合成的松香基環氧樹脂(MPTGE)為基體樹脂，選擇不同相對分子質量及物質的量之比的聚乙二醇進行親水化改性，合成非離子型表面活性劑MP;再以表面活性劑MP乳化的本體樹脂MPTGE為芯材、有機硅為殼材制備有機硅包覆松香基環氧樹脂微膠囊，并研究了有機硅包覆松香基環氧樹脂微膠囊與酸酐固化劑的固化反應特性及固化物的性能。主要研究內容及結果歸納如下:

1)以MPTGE為原料，與不同相對分子質量及物質的量之比的改性劑聚乙二醇反應，制備強極性非離子型表面活性劑MP。通過相反轉技術以表面活性劑MP乳化本體樹脂MPTGE，制備MPTGE乳液。實驗結果表明:在含質量分數為2%三氟化硼的乙醚溶液(加入量為總反應物質量分數的4%～6%)催化劑的作用下，以MPTGE與相對分子質量為4 000或6 000的聚乙二醇按環氧基與羥基物質的量之比為1.5∶1、反應溫度95℃、反應時間60 min時合成的表面活性劑MP對MPTGE具有較好的乳化效果;當表面活性劑用量為13.7% ～16.7%、攪拌速度≥600 r/min、乳化溫度為80℃時所制備的乳液的粒徑大小適中，粒徑分布均一性及離心穩定性較好。

2)以MPTGE為芯料、正硅酸四乙酯(TEOS)為殼材原料，通過溶膠-凝膠法(sol-gel)法制備了有機硅包覆松香基環氧樹脂微膠囊(MC)。實驗結果表明:表面活性劑的種類與用量、原料的配比、反應過程的pH值、反應時間對微膠囊的制備都具有顯著的影響。自制表面活性劑MP有利于有機硅包覆松香基環氧樹脂微膠囊的制備，適當增加表面活性劑的用量可以獲得粒徑較小的膠囊。在MP用量為16.7%(質量分數)、pH值為2.50、芯材與殼材比為1∶1條件下，于50～60℃反應3.5 h，制備的微膠囊表面光滑致密，粒徑分布較窄，平均粒徑為8.4 μm，熱穩定性較好，芯材含量(質量分數)為 67.5%。

3)采用紅外光譜法及DSC法分別研究了微膠囊與酸酐固化劑甲基四氫鄰苯二甲酸酸酐(MeTHPA)固化反應特性及固化反應動力學。研究結果表明:松香基環氧樹脂微膠囊(MC)可以很好地與固化劑發生固化反應，在180℃反應5 h可以達到完全固化。由于硅殼材的存在，MC/MeTHPA體系具有很好的室溫儲存穩定性。MPTGE/MeTHPA及MC/MeTHPA兩體系固化反應表觀活化能相近，分別為68.13 kJ/mol及65.29 kJ/mol，兩體系固化反應動力學方程如下:

MPTGE/MeTHPA 體系:da/dt=2.773 ×103exp(68.13 ×103/RT)(1-a)0.9099

MC/MeTHPA 體系:da/dt=9.194 ×102exp(65.29 ×103/RT)(1-a)0.9271

4)分別采用熱重(TG)、差示掃描量熱儀(DSC)及動態熱機械分析儀(DMA)對MPTGE/MeTHPA和MC/MeTHPA兩體系的熱穩定性、玻璃化轉變溫度及動態熱力學性能進行了研究。研究結果表明:硅殼材在環氧樹脂微膠囊固化物中與環氧樹脂體系具有很好的相容性，可起到增韌改性作用。

松香基環氧樹脂;親水改性;有機硅;微膠囊;固化反應;性能