聚氨酯改性環(huán)氧樹脂研究進(jìn)展

孫鵬宇，李成帥，高 杰，郝洳杉，王百忍，鄭有品

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院，山東 東營(yíng) 257061)

1 引言

環(huán)氧樹脂(Epoxy resin)是常用的熱固性樹脂，其結(jié)構(gòu)中有多種功能性官能團(tuán)，分子量較低，屬于低聚物，因環(huán)氧樹脂預(yù)聚體合成簡(jiǎn)便、原料價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛極易被改性等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)而被廣泛關(guān)注。環(huán)氧樹脂在膠粘劑、半導(dǎo)體材料、復(fù)合材料等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。未固化的環(huán)氧樹脂本身沒有太多實(shí)用價(jià)值，需要將其進(jìn)行固化處理形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5]。目前常用的固化劑可分為酚醛類、胺類和酸酐類等[6]。但是固化后的環(huán)氧樹脂存在韌性差、脆性強(qiáng)等問(wèn)題，限制了其應(yīng)用[7]，從20世紀(jì)60年代起，研究主要集中在環(huán)氧樹脂增韌改性[8]。

2 增韌改性方法

目前增韌改性方法有：互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物增韌[9-10]、橡膠類彈性體增韌[11]、高性能熱塑性聚合物增韌[12-13]、熱致液晶聚合物增韌[14]、核殼聚合物增韌[15]、納米粒子增韌[16-17]等。

2.1 互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物增韌

互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)增韌改性研究歷史悠久，最早可追溯到20世紀(jì)80年代。利用互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物增韌環(huán)氧樹脂，改性后的環(huán)氧樹脂不僅具有韌性效果好的特點(diǎn)，其在力學(xué)性能和耐熱性能上也不會(huì)受到影響，并且在實(shí)驗(yàn)中也未發(fā)現(xiàn)改性后的環(huán)氧樹脂出現(xiàn)其他性能方面的問(wèn)題。

2.2 橡膠類彈性體增韌

橡膠的分子量、添加量、結(jié)構(gòu)、混合工藝等[18-22]會(huì)影響到增韌效果，所以實(shí)際操作起來(lái)各種因素相互制約很難達(dá)到理想狀態(tài)。研究時(shí)需要在特定條件下實(shí)驗(yàn)，對(duì)于技術(shù)、儀器要求較高，研究較困難。此方法增韌效果顯著。

2.3 高性能熱塑性聚合物增韌

常用的聚合物有聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、端羥基聚二甲基硅氧烷[23]、聚氨酯改性[24]、聚醋酸乙烯酯(PVAc)等[25]。其中PEI和PES價(jià)格昂貴，但改性后的環(huán)氧樹脂耐熱性突出，適用于對(duì)于耐熱性要求較高的領(lǐng)域，相應(yīng)的PEEK和PVAc改性后環(huán)氧樹脂耐熱性較弱但價(jià)格便宜，多用于對(duì)于耐熱性要求不高的領(lǐng)域。

2.4 熱致液晶聚合物增韌

液晶聚合物包括熱致液晶聚合物和溶致液晶聚合物，由于溶致液晶聚合物僅能在極強(qiáng)極性溶劑中溶解，不能像熱致液晶聚合物一樣在高溫下熔融，所以在改性中多采用熱致液晶聚合物改性[26]。這種改性環(huán)氧樹脂具有增韌效果好、耐熱和力學(xué)性能[27]不受影響的優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格昂貴、熔點(diǎn)較高，因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中較少使用。

2.5 其他增韌改性環(huán)氧樹脂方法

核殼聚合物增韌方法也是目前常見的方法，其增韌效果好、粘度大、耐熱等性能良好。無(wú)機(jī)納米粒子增韌方法可顯著提高環(huán)氧樹脂耐熱性并且大幅度降低了成本，但無(wú)機(jī)納米材料在環(huán)氧樹脂中分散性差，一般需要加入稀釋劑或?qū)αＷ舆M(jìn)性表面改性，實(shí)現(xiàn)較好分散[28]。

3 總結(jié)與展望

經(jīng)多次查看中外文獻(xiàn)，我們歸納總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外常用的環(huán)氧樹脂增韌改性方案的優(yōu)缺點(diǎn)。每種改性方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用都受到限制。聚氨酯作為一種常見的聚合物，在改變材料性能方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。從以上分析中可得出，聚氨酯改性環(huán)氧樹脂相較于其他幾種方法，其優(yōu)點(diǎn)明確，缺點(diǎn)較少。在前期試驗(yàn)曾采用以甲苯二異氰酸和聚丙二醇等為原料對(duì)普通的環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性研究，并通過(guò)紅外光譜檢測(cè)、SEM、熱重分析和流變性等方式考察環(huán)氧樹脂耐熱性、韌性等方面的改變[29]。研究結(jié)果表明，我們本次實(shí)驗(yàn)研究獲得了成功，改性后的環(huán)氧樹脂符合我們預(yù)期的結(jié)果。