丙烯酸酯低聚物改性環(huán)氧樹脂研究

史利利，胡永玲

(1.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，哈爾濱 150040； 2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150020)

1 前言

環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，由于它們的分子結(jié)構(gòu)中含有羥基、醚鍵和活潑的環(huán)氧樹脂極性基團(tuán)，因此具有高凝聚力，可以與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)并形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂有良好的機(jī)械性能、耐水、耐溶劑和固化收縮性小的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于膠黏劑、涂料等領(lǐng)域。為了擴(kuò)大環(huán)氧樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域，克服環(huán)氧樹脂單獨(dú)使用時(shí)存在的耐候性、韌性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性差的缺陷，多個(gè)樹脂復(fù)合使用就成了常用的改性環(huán)氧樹脂方法[1-2]。常見的用于改性環(huán)氧樹脂的有聚氨酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、納米粒子和丙烯酸酯樹脂[3-4]。丙烯酸酯樹脂具有不易老化、耐水、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)環(huán)氧樹脂剛性大、質(zhì)脆等缺陷。從提高環(huán)氧樹脂韌性角度出發(fā)，丙烯酸酯低聚物的合成及加入量成為了研究熱點(diǎn)[5-7]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

丙烯酸丁酯、丙烯腈，分析純(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn))；2-甲基-2-丙烯酸-2-異氰酸基乙酯，分析純(進(jìn)口)；環(huán)氧樹脂E-03、環(huán)氧樹脂E-51(工業(yè)級(jí)，廣州億琿盛化工有限公司生產(chǎn))；固化劑為4，4’—二氨基二苯基甲烷(工業(yè)級(jí)，天津天豪達(dá)化工有限公司生產(chǎn))；催化劑為二月桂酸二丁基錫，分析純(濟(jì)南榮正化工有限公司生產(chǎn))；引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰，分析純(萊蕪市恒通化工有限公司生產(chǎn))。

2.2 制備過程

制備過程見已發(fā)表文章[8]。

2.3 主要儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG9245型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；

電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)：5982，美國(guó)ITW集團(tuán)英斯特朗公司生產(chǎn)。

2.4 主要性能測(cè)試

剝離強(qiáng)度：按照GB-7122-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定；

剪切強(qiáng)度：按照GB-7124-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 低聚物用量對(duì)體系粘接強(qiáng)度的影響

分別討論了低聚物質(zhì)量/總質(zhì)量為0，10%，15%，20%，25%和30%情況下，體系的粘接強(qiáng)度變化。低聚物用量對(duì)體系剝離強(qiáng)度的影響如圖1。通過圖1發(fā)現(xiàn)，低聚物的加入量在一定范圍內(nèi)，可以提高體系的剝離強(qiáng)度。在低聚物用量為20%時(shí)出現(xiàn)最大值，最大值為9 kN/m，比未改性體系提高了350%。低聚物用量對(duì)體系剪切強(qiáng)度的影響如圖2。由圖2可以看出，體系的剪切強(qiáng)度在低聚物用量為20%時(shí)出現(xiàn)最大值，最大值為常溫剪切強(qiáng)度為36.1 Mpa，比未改性體系提高了19.5%，150℃剪切強(qiáng)度為11.8 Mpa，較未改性體系有所下降。數(shù)據(jù)表明，低聚物的適度加入可以提高體系的剝離強(qiáng)度和常溫剪切強(qiáng)度，但對(duì)高溫剪切強(qiáng)度有影響。

圖1 剝離強(qiáng)度隨低聚物用量的變化Fig.1 The change of peel strength with the amount of oligomer

圖2 剪切強(qiáng)度隨低聚物用量的變化Fig.2 The change of shear strength with the amount of oligomer

3.2 低聚物用量對(duì)體系力學(xué)性能的影響

低聚物用量對(duì)體系的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率的影響如圖3和圖4。

圖3和圖4表明，在體系中加入低聚物后，會(huì)對(duì)拉伸強(qiáng)度和彈性模量有很大的影響，且隨著低聚物用量的增加呈下降趨勢(shì)，這是由于在基體中加入了低模量物質(zhì)所致。斷裂伸長(zhǎng)率在低聚物用量為20%時(shí)，出現(xiàn)最大值，最大值為8.7%，比未改性體系提高了74.0%，隨著低聚物用量的繼續(xù)增加，斷裂伸長(zhǎng)率開始降低。

圖4 斷裂伸長(zhǎng)率隨低聚物用量的變化Fig.4 The change of elongation with the amount of oligomer

圖5 沖擊強(qiáng)度隨低聚物用量的變化Fig.5 The change of impact strength with the amount of oligomer

低聚物用量對(duì)體系的沖擊強(qiáng)度影響如圖5。由圖5可以看出，低聚物用量在一定范圍內(nèi)，可以明顯提高體系的沖擊強(qiáng)度，但用量不易過大，在用量為10%時(shí)，體系的沖擊強(qiáng)度最大，值為42.1 kJ·m-2，比未改性體系提高了221.4%。為了使丙烯酸酯低聚物粒子通過空穴現(xiàn)象和剪切屈服提高基體樹脂的沖擊強(qiáng)度，低聚物的加入量一定要適中[9-10]。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，丙烯酸酯低聚物用量為20%時(shí)，改性體系的剝離強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，最大值為9 kN/m，常溫剪切強(qiáng)度為36.1 Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為8.7%，分別比未改性體系提高了350%、19.5%和74%。